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。