java - 为什么 i++ 不是原子的？

Question

为什么 i++ 在 Java 中不是原子的？

为了更深入地了解 Java，我尝试计算线程中循环的执行频率。

所以我用了一个

private static int total = 0;

在主类中。

我有两个线程。

• 线程 1:打印 System.out.println("Hello from Thread 1!");
• 线程 2:打印 System.out.println("Hello from Thread 2!");

我计算线程 1 和线程 2 打印的行数。但是线程 1 的行数 + 线程 2 的行数与打印出的总行数不匹配。

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 中可能不是原子性的，因为原子性是一个特殊要求，在 i++ 的大多数使用中不存在。 .这个要求有很大的开销:使增量操作原子化的成本很高；它涉及软件和硬件级别的同步，不需要以普通增量存在。

你可以提出 i++ 的论点应该设计和记录为专门执行原子增量，以便使用 i = i + 1 执行非原子增量.但是，这会破坏 Java、C 和 C++ 之间的“文化兼容性”。同样，它会带走熟悉类 C 语言的程序员认为理所当然的方便表示法，赋予它仅在有限情况下适用的特殊含义。

基本的 C 或 C++ 代码，如 for (i = 0; i < LIMIT; i++)将转换为 Java 为 for (i = 0; i < LIMIT; i = i + 1) ;因为使用原子 i++ 是不合适的.更糟糕的是，从 C 或其他类 C 语言到 Java 的程序员会使用 i++无论如何，导致不必要地使用原子指令。

即使在机器指令集级别，出于性能原因，增量类型的操作通常也不是原子的。在 x86 中，必须使用特殊指令“锁定前缀”来生成 inc指令原子:出于与上述相同的原因。如果 inc始终是原子的，当需要非原子公司时永远不会使用它；程序员和编译器会生成加载、加 1 和存储的代码，因为这样会更快。

在某些指令集架构中，没有原子 inc或者也许没有inc一点也不；要在 MIPS 上进行 atomic inc，您必须编写一个使用 ll 的软件循环。和 sc :加载链接和存储条件。加载链接读取单词，如果单词没有更改，则存储条件存储新值，否则失败(检测到并导致重试)。