AtomicInteger如何实现线程安全

Question

AtomicInteger如何实现线程安全

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我在阅读有关Java中原子变量的文档。通常情况下，AtomicInteger被认为是线程安全的。

根据我的理解，原子整数的工作原理是基于比较与交换算法。但我不理解，如果两个线程同时尝试增加同一个原子变量会怎么样。

例如，我定义了AtomicInteger var = 1，并且这被线程Thread_1和Thread_2使用。当这两个线程尝试在同一时间T1对var进行递增时，会发生什么？我知道这将是很少见的情况，但如果真的发生了呢？在比较和交换中，它会在单个原子操作中读取和更新变量，并从内存中检查值。那么如果在时间T1-1时，var的值为5，并且Thread1和Thread2都开始递增它，会发生什么？哪一个会失败？这将是随机行为吗？或者我漏掉了一些非常基本的东西。

- Geek_To_Learn

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我知道这很罕见，但罕见程度完全取决于情况。在Java 8中提供了LongAdder，以提供一种比AtomicLong更少竞争的方式来在多个线程中递增长整型。 - Andy Turner

3个回答

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如果在T1-1时刻，变量的值为5，Thread1和Thread2都开始对其进行递增，那怎么办呢？其中一个线程会成功使用当前值为5和新值为6执行比较并交换操作，而另一个线程会失败并尝试使用值为6和新值为7再次尝试。它们不能同时使用当前值为5和新值为6进行操作，这在CPU级别上得到了处理。

即使它们在不同的核心上运行且CAS操作在完全相同的时间执行，仍然会有一个操作失败，哪一个操作失败实际上是随机的（可能取决于CPU实现）。

- Oleg

我无法理解这在多核系统中如何工作。 - Geek_To_Learn

这只是CPU所做的事情，将其视为黑匣子。如果您想了解如何准确完成此操作，您需要学习CPU架构（从阅读https://www.amazon.com/Computer-Architecture-Quantitative-John-Hennessy/dp/012383872X开始）。 - Oleg

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这是一个典型的竞态条件情况。将这个增量操作视为一个小房间，里面有一扇小门，只能容纳一个人并执行一些操作。前两个成功进入这个房间的线程中的第一个将执行增量操作。当它完成后，“不太幸运”的第二个线程将执行其工作。但重要的是，两个操作的结果是一致的，因为它们不会同时执行增量操作。原始答案：最初的回答

- Andremoniy

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可以查看英文原文，
原文链接

- Andy Turner · Accepted Answer

比较并交换在CPU级别上是原子性的。

你可以使用比较并交换显式地实现增量操作：

int value;
do { 
  value = var.get();
} while (!var.compareAndSwap(value, value + 1));

compareAndSwap被CPU保证是原子性的（会有本地实现）。如果两个线程同时命中这个compareAndSwap，只有一个线程会“获胜”，并在compareAndSwap调用的结果中收到true，因此循环停止。另一个线程将“失败”，并收到false作为结果，因此它将再次循环：它读取一个新值，然后再次尝试CAS。如果这成功了（因为没有其他线程正在尝试同时执行它，或者它“赢”了另一个线程），循环就停止了；否则，它会再次尝试。