第100次提醒：++ 不是執行緒安全的
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瘋狂創客圈 Java 分散式聊天室【 億級流量】實戰系列之 -17【部落格園 總入口 】
原始碼IDEA工程獲取連結：ofollow,noindex" target="_blank">Java 聊天室 實戰 原始碼
寫在前面
大家好，我是作者尼恩。
目前正在組織 瘋狂創客圈的幾個兄弟，從0開始進行高併發的100級流量（不是使用者）聊天器的實戰。
在設計客戶端之前，發現一個非常重要的基礎知識點，沒有講到。這個知識點就是Java併發包。
由於Java併發包將被頻繁使用到，所以不得不停下來，先介紹一下。
一道簡單執行緒安全題，不知道有多少人答不上來
某次面試，候選人是從重慶一所211大學畢業了一年的初級Java工程師，暫且簡稱Y君。
在尼恩面試前，Y君已經過了第一關，通過了PM同事的技術面試，PM同事甚至還反饋說Y君的繼承不錯。理論上，Y君的offer已經沒有什麼懸念了。
於是，尼恩想前面無數次面試一樣，首先開始了多執行緒方面的問題。
先上來就是砸出一個古老的面試問題：
程式為什麼要用多執行緒，單執行緒不是很好嗎？
多執行緒有什麼意義？
多執行緒會帶來哪些問題，如何解決？
++操作是執行緒安全的嗎？
乖乖，Y君的答案，令人出人意料。
答曰：“我從來沒有用過多線，不是太清楚多執行緒的意義，也不清楚多執行緒能帶來哪些問題”。
乖乖，看一看Y君的簡歷，這個又是一個埋頭幹活，被增刪改查坑害了的小兄弟！
這已經不是第一個了，我已經記不清楚，有多少面試的兄弟，搞不清楚一這些非常基礎的併發程式設計的知識。
單體WEB應用的時代，已經離我們遠去了。 微服務、非同步架構的分散式應用時代，已經全面開啟。
對於那些面試失敗的兄弟，為了提升他們的水平，尼恩都會給他提一個善意的建議。讓他們去做一個簡單的併發自增運算的實驗，看看自增運算是否執行緒安全的。
實驗：併發的自增運算
使用10條執行緒，對一個共享的變數，每條執行緒自增100萬次。看看最終的結果，是不是1000萬？
完成這個小實驗，就知道++運算是否是執行緒安全的了。
實驗程式碼如下：
/**
* Created by 尼恩 at 瘋狂創客圈
*/
package com.crazymakercircle.operator;
import com.crazymakercircle.util.Print;
/**
* 不安全的自增 運算
*/
public class NotSafePlus
{
public static final int MAX_TURN = 1000000;
static class NotSafeCounter implements Runnable {
publicint amount = 0;
public void increase() {
amount++;
}
@Override
public void run() {
int turn = 0;
while (turn < MAX_TURN) {
++turn;
increase();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
NotSafeCounter counter=new NotSafeCounter();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(counter);
thread.start();
}
Thread.sleep(2000);
Print.tcfo("理論結果：" + MAX_TURN * 10);
Print.tcfo("實際結果：" + counter.amount);
Print.tcfo("差距是：" + (MAX_TURN * 10 - counter.amount));
}
}
執行程式，輸出的結果是：
[main|NotSafePlus:main]：理論結果：10000000 [main|NotSafePlus:main]：實際結果：9264046 [main|NotSafePlus:main]：差距是：735954
也就是說，併發執行後，總計自增1000萬次，結果少了70多萬次，差距是巨大的，在10%左右。
當然，這只是一次結果，每一次執行，差距都是不同的。大家可以動手執行體驗一下。
從結果可以看出，自增運算子不是執行緒安全的。
++ 運算的原理
自增運算子，至少包括三個JVM指令
-
從記憶體取值
-
暫存器增加1
-
存值到記憶體
這三個指令，在JVM內部，是獨立進行的，中間完全可能會出現多個執行緒併發進行。
比如：當amount=100是，有三個執行緒讀同一時間取值，讀到的都是100，增加1後結果為101，三個執行緒都存值到amount的記憶體，amount的結果是101，而不是103。
JVM內部，從記憶體取值，暫存器增加1，存值到記憶體，這三個操作自身是不可以再分的，這三個操作具備原子性，是執行緒安全的，也叫原子操作。兩個、或者兩個以上的原子操作合在一起進行，就不在具備原子性。比如先讀後寫，那麼就有可能在讀之後，這個變數被修改過，寫入後就出現了資料不一致的情況。
Java 的原子操作類
對於每一種基本型別，在java 的併發包中，提供了一組執行緒安全的原子操作類。
對於Integer型別 ，對應的原子操作類是AtomicInteger 類。
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger
使用 AtomicInteger類，實現上面的實驗，程式碼如下：
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
* 安全的 ++ 運算
*/
public class SafePlus
{
public static final int MAX_TURN = 1000000;
static class NotSafeCounter implements Runnable {
public AtomicInteger amount =
new AtomicInteger(0);
public void increase() {
amount.incrementAndGet();
}
@Override
public void run() {
int turn = 0;
while (turn < MAX_TURN) {
++turn;
increase();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
NotSafeCounter counter=new NotSafeCounter();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(counter);
thread.start();
}
Thread.sleep(2000);
Print.tcfo("理論結果：" + MAX_TURN * 10);
Print.tcfo("實際結果：" + counter.amount);
Print.tcfo("差距是：" + (MAX_TURN * 10 - counter.amount.get()));
}
}
執行程式碼，結果如下；
[main|NotSafePlus:main]：理論結果：10000000 [main|NotSafePlus:main]：實際結果：10000000 [main|NotSafePlus:main]：差距是：0
這一次，10條執行緒，累加1000w次，結果是1000w。
看起來，如果需要執行緒安全，需要使用Java併發包中的原子類。
寫在最後
下一篇：Netty 中的Future 回撥實現與執行緒池詳解。這個也是一個非常重要的基礎篇。
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