Java：从单线程计数器到多线程数据同步synchronized和原子类Atomic

(目录)

使用单线程

单线程修改计数器的值，没有发生问题，每次运行结果都是10000，不过程序耗时较长

package com.example;

/**
 * 计数器
 */
class Counter {
    private static long count;

    public static long getCount() {
        return count;
    }

    public static void incrementCount() {
        count++;
    }
}


public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
        // 0

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            Counter.incrementCount();
        }
        
        count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
        // 10000
    }
}

使用多线程

单线程修改计数器的值，运行速度提高了，不过运行结果每次都不一致，而且结果不是10000

package com.example;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 计数器
 */
class Counter {
    private static long count;

    public static long getCount() {
        return count;
    }

    public static void incrementCount() {
        count++;
    }
}


public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
        // 0

        List<Thread> list = new ArrayList<>();

        // 启动10000个线程同时访问计数器
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    Counter.incrementCount();
                }
            });
            list.add(thread);
        }

        for (Thread thread : list) {
            thread.start();
        }

        for (Thread thread : list) {
            thread.join();
        }

        count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
    }
}

执行结果

第一次：9910
第二次：9912
第三次：9910

使用多线程 + synchronized

多线程加锁后，最后结果都是10000

package com.example;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 计数器
 */
class Counter {
    private static long count;

    public static long getCount() {
        return count;
    }

    public static synchronized void incrementCount() {
        count++;
    }
}


public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
        // 0

        List<Thread> list = new ArrayList<>();

        // 启动10000个线程同时访问计数器
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    Counter.incrementCount();
                }
            });
            list.add(thread);
        }

        for (Thread thread : list) {
            thread.start();
        }

        for (Thread thread : list) {
            thread.join();
        }

        count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
    }
}

执行结果

第一次：10000
第二次：10000
第三次：10000

使用多线程 + 原子类AtomicLong

多线程中使用原子类AtomicLong实现计数器，最后结果都是10000

原理是CAS（Compare and Set）：

• 先比较原始值和预期值，如果相等，则修改为新值；
• 不相等则修改失败

伪代码如下

bool compareAndSet(oldValue, expectValue, updateValue){
    if(oldValue == expectValue){
        oldValue = updateValue
        // update success
    } else{
        // update fail
    }
}

package com.example;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

/**
 * 计数器
 */
class Counter {
    private static AtomicLong count = new AtomicLong(0);

    public static long getCount() {
        return count.get();
    }

    public static void incrementCount() {
        count.incrementAndGet();
    }
}


public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
        // 0

        List<Thread> list = new ArrayList<>();

        // 启动10000个线程同时访问计数器
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    Counter.incrementCount();
                }
            });
            list.add(thread);
        }

        for (Thread thread : list) {
            thread.start();
        }

        for (Thread thread : list) {
            thread.join();
        }

        count = Counter.getCount();
        System.out.println(count);
    }
}

执行结果

第一次：10000
第二次：10000
第三次：10000

参考

1. 使用Atomic-廖雪峰的官方网站
2. CAS锁机制（无锁、自旋锁、乐观锁、轻量级锁）
3. java中的Atomic类