在幾乎所有的指令式程式設計語言中，必然都會有i++和++i這種語法。在程式設計啟蒙教材《C語言程式設計》一書中，也專門解釋了這兩條語句的區別。有些語言中i++和++i既可以作為左值又可以作為右值，筆者專門測試了一下，在Java語言中，這兩條語句都只能作為右值，而不能作為左值。同時，它們都可以作為獨立的一條指令執行。

int i = 0;
int j1 = i++; // 正確
int j2 = ++i; // 正確
i++; // 正確
++i; // 正確

i++ = 5; // 編譯不通過
++i = 5; // 編譯不通過

關於i++和++i的區別，稍微有經驗的程式設計師都或多或少都是瞭解的，為了文章的完整性，本文也通過例項來簡單地解釋一下。

{
    int i = 1;
    int j1 = i++;
    System.out.println("j1=" + j1); // 輸出 j1=1
    System.out.println("i=" + i); // 輸出 i=2
}

{
    int i = 1;
    int j2 = ++i;
    System.out.println("j2=" + j2); // 輸出 j2=2
    System.out.println("i=" + i); // 輸出 i=2
}

上面的例子中可以看到，無論是i++和++i指令，對於i變數本身來說是沒有任何區別，指令執行的結果都是i變數的值加1。而對於j1和j2來說，這就是區別所在。

int i = 1;
int j1 = i++; // 先將i的原始值（1）賦值給變數j1（1），然後i變數的值加1
int j1 = ++i; // 先將i變數的值加1，然後將i的當前值（2）賦值給變數j1（2）

上面的內容是程式設計基礎，是程式設計師必須要掌握的知識點。本文將在此基礎上更加深入地研究其實現原理和陷阱，也有一定的深度。在讀本文之前，您應該瞭解：

1. 多執行緒相關知識
2. Java編譯相關知識
3. JMM（Java記憶體模型）

本文接下來的主要內容包括：

1. Java中i++和++i的實現原理
2. 在使用i++和++i時可能會遇到的一些“坑”

i++和++i的實現原理

接下來讓我們深入到編譯後的位元組碼層面上來了解i++和++i的實現原理，為了方便對比，筆者將這兩個指令分別放在2個不同的方法中執行，原始碼如下：

public class Test {

    public void testIPlus() {
        int i = 0;
        int j = i++;
    }

    public void testPlusI() {
        int i = 0;
        int j = ++i;
    }

}

將上面的原始碼編譯之後，使用javap命令檢視編譯生成的程式碼（忽略次要程式碼）如下：

...
{
  ... 

  public void testIPlus();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: iconst_0               // 生成整數0
         1: istore_1               // 將整數0賦值給1號儲存單元（即變數i）
         2: iload_1                // 將1號儲存單元的值載入到資料棧（此時 i=0，棧頂值為0）
         3: iinc          1, 1     // 1號儲存單元的值+1（此時 i=1）
         6: istore_2               // 將資料棧頂的值（0）取出來賦值給2號儲存單元（即變數j，此時i=1，j=0）
         7: return                 // 返回時：i=1，j=0
      LineNumberTable:
        line 4: 0
        line 5: 2
        line 6: 7

  public void testPlusI();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: iconst_0                // 生成整數0
         1: istore_1                // 將整數0賦值給1號儲存單元（即變數i）
         2: iinc          1, 1      // 1號儲存單元的值+1（此時 i=1）
         5: iload_1                 // 將1號儲存單元的值載入到資料棧（此時 i=1，棧頂值為1）
         6: istore_2                // 將資料棧頂的值（1）取出來賦值給2號儲存單元（即變數j，此時i=1，j=1）
         7: return                  // 返回時：i=1，j=1
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 10: 2
        line 11: 7
}
...

i++和++i在使用時的一些坑

i++和++i在一些特殊場景下可能會產生意想不到的結果，本節介紹兩種會導致結果混亂的使用場景，並剖析其原因。

i = i++的導致的結果“異常”

首先來看一下下面程式碼執行後的結果。

int i = 0;
i = i++;

System.out.println("i=" + i); // 輸出 i=0 

正常來講，執行的結果應該是：i=1，實際結果卻是：i=0，這多少會讓人有些詫異。為什麼會出現這種情況呢？我們來從編碼後的程式碼中找答案。上面的程式碼編譯後的核心程式碼如下：

0: iconst_0                          // 生成整數0
1: istore_1                          // 將整數0賦值給1號儲存單元（即變數i，i=0）
2: iload_1                           // 將1號儲存單元的值載入到資料棧（此時 i=0，棧頂值為0）
3: iinc          1, 1                // 號儲存單元的值+1（此時 i=1）
6: istore_1                          // 將資料棧頂的值（0）取出來賦值給1號儲存單元（即變數i，此時i=0）
7: getstatic     #16                 // 下面是列印到控制檯指令
10: new           #22               
13: dup
14: ldc           #24                 
16: invokespecial #26                 
19: iload_1
20: invokevirtual #29                
23: invokevirtual #33                 
26: invokevirtual #37                 
29: return

從編碼指令可以看出，i被棧頂值所覆蓋，導致最終i的值仍然是i的初始值。無論重複多少次i = i++操作，最終i的值都是其初始值。

i++會產生這樣的結果，那麼++i又會是怎樣呢？同樣的程式碼順序，將i++替換成++i如下：

int i = 0;
i = ++i; // IDE丟擲【The assignment to variable i has no effect】警告

System.out.println("i=" + i); // 輸出i=1

可以看到，使用++i時出現了“正確”的結果，同時Eclipse IDE中丟擲【The assignment to variable i has no effect】警告，警告的意思是將值賦給變數i毫無作用，並不會改變i的值。也就是說：i = ++i等價於++i。

多執行緒併發引發的混亂

先來看看之前部落格中的一個例子，例子中展示了在多執行緒環境下由++i操作引起的資料混亂。引發混亂的原因是：++i操作不是原子操作。

雖然在Java中++i是一條語句，位元組碼層面上也是對應iinc這條JVM指令，但是從最底層的CPU層面上來說，++i操作大致可以分解為以下3個指令：

1. 取數
2. 累加
3. 儲存

其中的一條指令可以保證是原子操作，但是3條指令合在一起卻不是，這就導致了++i語句不是原子操作。

如果變數i用volatile修飾是否可以保證++i是原子操作呢，實際上這也是不行的。至於原因，以後會專門寫文章介紹volatile等關鍵詞的意義。如果要保證累加操作的原子性，可以採取下面的方法：

1. 將++i置於同步塊中，可以是synchronized或者J.U.C中的排他鎖（如ReentrantLock等）。
2. 使用原子性（Atomic）類替換++i，具體使用哪個類由變數型別決定。如果i是整形，則使用AtomicInteger類，其中的AtomicInteger#addAndGet()就對應著++i語句，不過它是原子性操作。