Java中的Atomic与volatile使用指南-Java快速进阶教程

1. 概述

在本教程中，我们将了解volatile关键字和Atomic类之间的区别以及它们解决的问题。首先，有必要知道Java如何处理线程之间的通信以及可能出现的意外问题。

线程安全是一个关键主题，它提供了对多线程应用程序内部工作的深入了解。我们还将讨论争用条件，但我们不会太深入地讨论这个主题。

2. 并发问题

让我们举一个简单的例子来了解Atomic类和volatile关键字之间的区别。假设我们正在尝试创建一个将在多线程环境中工作的计数器。

理论上，任何应用程序线程都可以递增此计数器的值。让我们以朴素的方法开始实现它，并检查会出现哪些问题：

public class UnsafeCounter {
    
    private int counter;
    
    int getValue() {
        return counter;
    }
    
    void increment() {
        counter++;
    }
}

这是一个完美工作的计数器，但不幸的是，仅适用于单线程应用程序。这种方法在多线程环境中会遇到可见性和同步问题。

3. 可见性问题

可见性问题是在多线程应用程序中工作时的问题之一。可见性问题与 Java内存模型密切相关。

在多线程应用程序中，每个线程都有其共享资源的缓存版本，并根据事件或计划更新主内存中的值或从主内存更新值。

线程缓存和主内存值可能不同。因此，即使一个线程更新主内存中的值，这些更改也不会立即对其他线程可见。这称为可见性问题。

volatile关键字通过绕过本地线程中的缓存来帮助我们解决此问题。因此，volatile变量对所有线程都是可见的，并且所有这些线程将看到相同的值。因此，当一个线程更新该volatile变量的值时，所有线程都将看到volatile变量的新值。我们可以将其视为低级观察者模式，并且可以重写之前的实现：

public class UnsafeVolatileCounter {
    
    private volatile int counter;
    
    public int getValue() {
        return counter;
    }
    
    public void increment() {
        counter++;
    }
}

上面的示例改进了计数器并解决了可见性问题。但是，我们仍然存在同步问题，并且我们的计数器在多线程环境中无法正常工作。

4. 同步问题

尽管volatile关键字有助于我们提高可见性，但我们仍然有另一个问题。在我们的增量示例中，我们使用变量计数执行两个操作。首先，我们读取这个变量，然后给它分配一个新值。这意味着增量操作不是Atomic操作。

我们在这里面临的是争用条件。每个线程应首先读取值，递增该值，然后再写回该值。当多个线程开始使用该值并在另一个线程写入该值之前读取该值时，就会出现问题。

这样，一个线程可以覆盖另一个线程写入的结果。同步关键字可以解决此问题。但是，这种方法可能会造成瓶颈，并且它不是解决此问题的最优雅的解决方案。

5. Atomic值

Atomic值提供了一种更好、更直观的方法来处理此问题。它们的界面允许我们与值交互和更新值，而不会出现同步问题。

在内部，Atomic类确保在这种情况下，增量将是Atomic操作。因此，我们可以使用它来创建线程安全的实现：

public class SafeAtomicCounter {
    private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
    
    public int getValue() {
        return counter.get();
    }
    
    public void increment() {
        counter.incrementAndGet();
    }
}

我们的最终实现是线程安全的，可以在多线程应用程序中使用。它与我们的第一个示例没有显着区别，只有通过使用Atomic类，我们才能解决多线程代码中的可见性和同步问题。

6. 结论

在本文中，我们了解到，当我们在多线程环境中工作时，我们应该非常谨慎。错误和问题可能很难追踪，并且在调试时可能不会出现。这就是为什么了解Java如何处理这些情况至关重要的原因。

volatile关键字可以帮助解决可见性问题，并通过本质上的Atomic操作解决问题。设置标志是volatile关键字可能有用的示例之一。

Atomic变量有助于处理非Atomic操作，如递减或任何需要在分配新值之前读取值的操作。Atomic值是解决代码中同步问题的一种简单方便的方法。

分类: Java

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