给计数器加 volatile 后,多线程累加仍可能丢失更新,因为一次自增不是一个不可分割步骤。
本文使用JDK 7,示例为方法体或类定义片段。源码学习需要区分语言规则、公共接口约定与某个版本的实现。本文把讨论范围固定在 Java 7,不把后续版本的集合结构或语法写进来。
1. 从现象推到机制
volatile 建立相关读写的可见性与顺序约束,但 count++ 包括读取、加一和写回。两个线程读取相同旧值后,各自写回相同新值,结果就少一次。原子类或锁才能把这类更新表达成受保护操作。
图中的四个节点分别表示共享变量、读取旧值、复合更新、最终总数。顺着实线检查输入如何变成输出,再沿虚线核对反馈条件。图示表达的是本文讨论的关系,不是实测曲线或现场截图。
2. 最小实现与输入条件
对比普通变量、volatile 变量和 AtomicInteger。用 join 等待所有线程完成,再比较总数;不能在工作尚未结束时就判定丢失更新。
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AtomicInteger counter = new AtomicInteger();
// 每个工作线程重复调用:
counter.incrementAndGet();
// 所有工作线程 join 后再读取:
int total = counter.get();
将片段放入独立的小工程,补齐 imports(导入声明)和调用入口。观察返回值、异常类型及对象状态;并发实验需要重复交错,单次没有出错不能证明线程安全。
3. 用对照区分原因
下表列出需要主动改变的条件。预期行为来自机制分析,复现时还需记录运行环境和原始输出,不能将预期当作已经测得的结果。
| 改变的条件 | 需要验证的行为 |
|---|---|
| 多个线程更新 volatile 计数 | 仍可能小于理论总数 |
| 改用 AtomicInteger 自增 | 每次增量具有原子更新语义 |
| 只共享停止标记 | volatile 可用于可见性通知 |
对照 1:多个线程更新 volatile 计数
仍可能小于理论总数。观察时记录读取与写回之间的交错。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。
对照 2:改用 AtomicInteger 自增
每次增量具有原子更新语义。观察时记录线程完成后的最终总数。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。
对照 3:只共享停止标记
volatile 可用于可见性通知。观察时记录循环是否实际重新读取标记。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。
4. 适用条件与取舍
原子变量只保护该变量的单项操作。余额与流水等多字段一致性,需要更大的同步或事务边界,不能各放一个原子变量就认为整体正确。
一次正常运行只覆盖了这组输入。继续扩展前,应把上面的异常对照保留下来,尤其关注“只共享停止标记”这一分支。后续方案若改变了图中任意一处依赖,原来的判断就要重新验证,不能仅凭界面相似或返回值相同沿用结论。