为什么i ++不是原子的？

Question

为什么i ++不是原子的？为什么i++Java中没有原子？为了更深入地了解Java，我试图计算线程循环执行的频率。所以我用了一个private static int total = 0;在主要班级。我有两个主题。线程1：打印 System.out.println("Hello from Thread 1!");线程2：打印 System.out.println("Hello from Thread 2!");并且我计算由线程1和线程2打印的线。但是线程1的线+线程2的线与打印出的总线数不匹配。这是我的代码：import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.logging.Level;import java.util.logging.Logger;public class Test {     private static int total = 0;     private static int countT1 = 0;     private static int countT2 = 0;     private boolean run = true;     public Test() {         ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();         newCachedThreadPool.execute(t1);         newCachedThreadPool.execute(t2);         try {             Thread.sleep(1000);         }         catch (InterruptedException ex) {             Logger.getLogger(Test.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);         }         run = false;         try {             Thread.sleep(1000);         }         catch (InterruptedException ex) {             Logger.getLogger(Test.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);         }         System.out.println((countT1 + countT2 + " == " + total));     }     private Runnable t1 = new Runnable() {         @Override         public void run() {             while (run) {                 total++;                 countT1++;                 System.out.println("Hello #" + countT1 + " from Thread 2! Total hello: " + total);             }         }     };     private Runnable t2 = new Runnable() {         @Override         public void run() {             while (run) {                 total++;                 countT2++;                 System.out.println("Hello #" + countT2 + " from Thread 2! Total hello: " + total);             }         }     };     public static void main(String[] args) {         new Test();     }}

Answer 1

i++在Java中可能不是原子的，因为原子性是一个特殊的要求，在大多数用途中都不存在i++。该要求具有显着的开销：使增量操作成为原子的成本很高; 它涉及在普通增量中不需要存在的软件和硬件级别的同步。

您可以将i++应该设计和记录的参数设置为专门执行原子增量，以便使用执行非原子增量i = i + 1。但是，这会破坏Java，C和C ++之间的“文化兼容性”。同样，它会删除一个方便的符号，熟悉类C语言的程序员认为这是理所当然的，赋予它一个特殊的含义，仅适用于有限的情况。

基本的C或C ++代码就像for (i = 0; i < LIMIT; i++)转换为Java一样for (i = 0; i < LIMIT; i = i + 1); 因为使用原子是不合适的i++。更糟糕的是，程序员从C语言或其他类C语言到Java都会使用i++，导致不必要地使用原子指令。

即使在机器指令集级别，由于性能原因，增量类型操作通常也不是原子的。在x86中，必须使用特殊指令“lock prefix”来使inc指令成为原子：出于与上述相同的原因。如果inc总是原子的，那么当需要非原子公司时，它永远不会被使用; 程序员和编译器会生成加载，添加1和存储的代码，因为它会更快。

在一些指令集架构中，没有原子inc或根本没有inc; 要在MIPS上执行原子公司，你必须编写一个使用lland sc：load-linked和store-conditional 的软件循环。加载链接读取单词，如果单词未更改，则store-conditional存储新值，否则失败（检测到并导致重新尝试）。

Answer 2

i++ 涉及两个操作：

读取当前值 i

递增值并将其分配给 i

当两个线程i++同时对同一个变量执行时，它们可能都获得相同的当前值i，然后递增并设置为i+1，因此您将获得单个增量而不是两个。

示例：

int i = 5;

Thread 1 : i++;

           // reads value 5

Thread 2 : i++;

           // reads value 5

Thread 1 : // increments i to 6

Thread 2 : // increments i to 6

           // i == 6 instead of 7

Answer 3

为什么i ++在Java中不是原子的？

让我们将增量操作分解为多个语句：

线程1和2：

1. 从内存中获取总值

2. 将1添加到值

3. 写回内存

如果没有同步，那么让我们说线程1读取值3并将其增加到4，但是没有写回来。此时，发生上下文切换。线程2读取值3，递增它并发生上下文切换。虽然两个线程都增加了总值，但仍然是4 - 竞争条件