java多线程自增如何保证原子性

java多线程自增如何保证原子性 概述

本来以为自己对于java Volatile关键字比较熟悉的了，结局了可见性和重排序，但是不能保证的原子性。然而最近面试的时候，有个面试官手写了部分代码，问关于多线程自增的原子性问题。然后才发现自己其实也没那么熟悉，以及理解的不透彻。那就肯定得开篇文章出来说一下这个问题了，顺便巩固记忆！

问题

有代码如下：

public class A {

    public volatile int i;

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        for (int k = 0; k < 3; k++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 100; j++) {
                    a.add();
                }
                a.print();
            }).start();
        }
    }

    public void add() {
        i++;
    }

    public void print() {
        System.out.println(i);
    }

}

问：输出的最大的值是否为300？
当时我看到volatile关键字以为确实是300，其实后面一想，并且关联上单例的一些多线程问题，发现确实不一定是300，至于为什么？下面直接看字节码来解答一下即可。

问题原因

首先先了解一下原子性是什么：

那既然非原子性的 *** 作，多线程的情况下会有问题，那如果会产生上面的问题的话，直接看一下代码是否是原子性就好。

其实直接看我们编写的代码的话，其实就一行，那这样看起来确实是原子性的

但是为什么又会出现当前问题呢，这个只能看class文件里面的内容了
首先我是使用idea的，可以直接用插件 jclasslib ByteCode viewer来看当前类的字节码文件
然后看到 i++的 *** 作其实是下面这样的，那其实很明显，获取值 -> 相加 -> 赋值这 *** 作，其实不是原子性的，多线程的情况下有可能出现混乱的问题

如果正常来说，两个线程的流程是这样的：

这样一看，线程相加也没问题

但是由于没保证到原子性，那出现问题的流程又会是怎样的呢：

根据字节码以及两张流程图，其实就可以发现问题的所在，以及多线程原子性的问题。那我们该怎么解决这些问题呢？

解决方案

当时面试官说的解决方案是有多个，但是目前我只想到了两个办法，一个是加锁，如synchronized和Lock，另外一个是cas(概念没记错是线程不争抢所，大家都去 *** 作，只有得到的值是预期值的时候，才返回相对应的值)，但是cas如何实现却不太知道，所以就有点知其然不知其所以然了。

synchrnoized关键字加锁

当然除了加在方法中，也可以再 for循环那边进行加锁。
加锁的 *** 作的话，除了synchronized的话，也可以使用Lock对象
Lock对象加锁

cas *** 作
cas *** 作的话只懂概念，但是不会怎么做，然后发现如果是多线程自增的话，其实是有对象可以直接使用的，如：AtomicInteger
此对象就是专门实现了 cas编程的一个interger类，我们可以先看示例代码

但是为什么使用这个类就可以实现原子性的自增呢？网上说是内部实现了cas，那只能直接从方法上看到底是实现了什么了：



然后这个时候就没办法了。只能知道这个对象利用c++实现了一些cas的编程。
不过那既然是native方法，那此时其实就可以去下载 hotspot然后去下载吧：http://hg.openjdk.java.net/
省略下载步骤以及寻找步骤
主要是找unsafe这个文件名的文件就好，然后往里面找方法 compareAndSetInt，然后搜到的方法为

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
  oop p = JNIHandles::resolve(obj); 
  jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END

懂c++的大神可以自己去研究一下，由于自身确实不怎么懂c++，所以也只能到这里告终了。
但是其实还是遗留了问题的，如果是自己实现cas的话，应该如何实现呢？这个确实还是只知道概念，不太清楚如何实现。如果多线程自增的话，就可以按照上面两个方法实现了，一个是加锁，一个是使用原子性的Number类