i++的线程安全性问题分析

背景

今天分享一道常见的面试题：i++是线程安全的吗？

既然这么问了，答案肯定是不安全啊，至于为啥不安全，咱们来说道说道

分析

前提

谈到线程安全问题，那什么情况下会出现线程安全的问题呢，就是当多个线程操作同一个共享变量的时候，就会出现线程安全问题；那共享变量又是指哪些呢，就是存储在堆中即主内存的变量信息，包括全局变量、对象实例、静态变量等。
而在方法内部的声明的临时变量是不会存在线程安全问题的，因为这些变量是存储在线程的工作内存中（即私有内存），线程与线程间是无法共享的。

**所以，我们讨论的线程安全问题一定是针对于全局变量而言，那就要区别面试题中i的范围，如果i是全局变量，则会出现安全问题；如果i是局部变量，则是线程安全的。**

java中对共享变量的操作原理

稍微做一下解释：共享变量存储在主内存中，当某个线程需要对共享变量进行操作时，需要将共享变量拷贝一份到自己的工作内存中（线程私有），操作完成之后，就会将最新的结果刷新到主存中。

这里的线程安全问题就在于，当一个线程将主存中的数据读取到自己的工作内存之后，没来操作完成，那另一个线程又将主存数据读取并操作，很显然，前者对于主存变量的操作就会被覆盖，从而引发线程安全问题。

解决方案

方案一（常见错误方案）

使用volatile字段对共享变量进行修饰。
volatile字段的作用是让改变量对其他所有线程可见，但是并不能保证操作的原子性。仍然会出现多个线程同时读取主内存变量的情况。
附一张volatile的原理图：

方案二

加同步锁，比如使用synchronized关键字修饰，保证只有一个线程可以对主存变量进行操作。

public class demo {
    private int value;

    public synchronized void increase() {
        value++;
    }
}

方案三

使用Atomic*类修饰来保证原子性

public class demo {
    private AtomicInteger value;

    public  void increase() {
        value.incrementAndGet();
    }
}

附：i++的字节码分析

以上说的都是从程序原理上说明的，咱们还可直接看一下底层的字节码是如何实现i++操作的。

java程序如下：

public class demo {
    private int value;

    public void increase() {
        value++;
    }
}

现将java代码进行编译，然后使用字节码查看命令，javap -v demo.class，如下：

{
  public com.imooc.miaoshaproject.demo();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0

  public void increase();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field value:I
         5: iconst_1
         6: iadd
         7: putfield      #2                  // Field value:I
        10: return
      LineNumberTable:
        line 11: 0
        line 12: 10
}

咱们来主要看一下increase这个方法，很明显，在进行i++进行操作的时候，是现将i值取出，然后进行iadd操作，最后再调用putfield方法进行赋值，这里的操作并不能保证原子性，如果在多线程中，很可能会出现以下情况

Thread1	Thread2
r1=i	r3=i
r2=r1+1	r4=r3+1
i=r2	i=r4

总结

1、i++作用域在局部方法中是不会出现线程安全问题的，只有在全局变量中才会出现线程安全问题
2、volatile只能保证变量对其他线程的可见性，并不能保证原子性操作
3、可以对i++操作使用同步锁，或者使用Atomic*包修饰共享变量，来保证原子性操作