并发编程的三大挑战之原子性及其解决方案

目录

一、原子性问题

1、带来原子性问题的原因

 2、如何解决线程切换带来的原子问题

2.1、使用synchronized关键字来保证

2.2、使用CAS来保证原子性

2.3、使用lock锁来保证

---

一、原子性问题

1、带来原子性问题的原因

线程切换是带来原子的根本原因，java的并发程序是基于多线程的，自然就会涉及到任务切换。而任务切换的时机是可以发生cpu的时间片结束时，由于目前我们使用的编程语言都是高级语言，一条高级语言往往是需要多条CPU指令完成的，例如count++,至少需要三条CPU指令。

1. 指令1：首先需要把变量count从主内存中加载cpu的寄存器中
2. 指令2：在寄存器中执行+1操作
3. 指令3：将结果写入内存（缓存机制可能导致写入的是cpu的缓存而不是内存）

如下图所示，两个线程如果在执行count++的时候，过程如果发生了线程切换，会导致得不到预期的结果2，可能会出现意向不到结果，两个线程对count执行++操作后，在主内存中值为1. 

原子性的定义：原子性指一个操作是不可分割的，不可中断的，一个线程在执行时，另一个线程不会影响到他

private static int count;

	public static void increment(){
		try {
			Thread.sleep(10);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		count++;
	}

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Thread t1 = new Thread(() -> {
			for (int i = 0; i < 100; i++) {
				increment();
			}
		});
		Thread t2 = new Thread(() -> {
			for (int i = 0; i < 100; i++) {
				increment();
			}
		});
		t1.start();
		t2.start();
		t1.join();
		t2.join();
		System.out.println(count);
	}

 2、如何解决线程切换带来的原子问题

本质就是保存这块有非原子的操作语句，同一个时刻只能被一个线程访问到，并且对修改后的值，保证后续线程可见。通常的做法有：

2.1、使用synchronized关键字来保证

之前的increment()方法修改为如下方式：

	public static synchronized void increment(){
		try {
			Thread.sleep(10);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		count++;
	}

2.2、使用CAS来保证原子性

使用CAS来解决的时候，如下所示：

	private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

	public static void increment(){
		try {
			Thread.sleep(10);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		atomicInteger.incrementAndGet();
	}

2.3、使用lock锁来保证

当我们使用锁来保证原子问题时，其示例代码如下：

private static int count = 0;

	public static  void increment(){
		ReentrantLock  reentrantLock = new ReentrantLock();
		
		try {
			reentrantLock.lock();
			Thread.sleep(10);
			count++;
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}finally {
			reentrantLock.unlock();
		}
	}