Java多线程并发锁和原子操作，你真的了解吗？

前言        

        对于Java多线程，接触最多的莫过于使用synchronized，这个简单易懂，但是这synchronized并非性能最优的。今天我就简单介绍一下几种锁。可能我下面讲的时候其实很多东西不会特别深刻，最好的方式是自己做实验，把各种场景在代码中实验一下，这样发发现很多细节。

volatile

synchronized

        这个作为Java中“重量级”的线程安全机制被大家所熟知，这个就不在这里做解释了。

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock

        java.util.concurrent.中是JDK1.5中出的对于一些并发操作的类库，其中包括很多同学很喜欢的原子类，比如说AtomicInteger。它里面原理就是一个CAS，这里就不做过多的阐述，有兴趣的可以看看源码。

 实际场景

package com.bynow.m07.thread;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 
 * @author 百恼| 2012-07-26
 *
 */
public class TestMultiThread  implements Runnable{

	private static int i;
	
	private static volatile Integer vi = 0;
	
	private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
	
	private static Integer si = 0;
	
	private static int ri;
	
	private static AtomicInteger flag = new AtomicInteger();
	
	private Lock lock = new ReentrantLock();
	
	@Override
	public void run() {
		for(int k=0;k<200000;k++){
			i++;
			vi++;
			ai.incrementAndGet();
			synchronized(si){
				si++;
			}
			lock.lock();
			try{
				ri++;
			}finally{
				lock.unlock();
			}
			
		}
		flag.incrementAndGet();
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
		TestMultiThread t1 = new TestMultiThread();
		TestMultiThread t2 = new TestMultiThread();
		ExecutorService exec1 = Executors.newCachedThreadPool();
		ExecutorService exec2 = Executors.newCachedThreadPool();
		exec1.execute(t1);
		exec2.execute(t2);
		while(true){
			if(flag.intValue()==2){
				System.out.println("i>>>>>"+i);
				System.out.println("vi>>>>>"+vi);
				System.out.println("ai>>>>>"+ai);
				System.out.println("si>>>>>"+si);	
				System.out.println("ri>>>>>"+ri);	
				break;
			}
			Thread.sleep(50);
		}

		
	}
	
}

输出结果：

i>>>>>381890
vi>>>>>353610
ai>>>>>400000
si>>>>>392718
ri>>>>>392658

       从上面的输出结果来看真是让人大感意外：只有原子操作AtomicInteger的结果保证了多线程的安全性，而其他不管是用轻量级的volatile还是重量级的synchronized都没有达到我们想要的效果。这也让我产生了大在的怀疑。难道问题真的这么蹊跷？

       从这里不难看出除了AtomicInteger用的是其自己的方法而其他都是用到了Java的语法糖++操作。而这让我想起了++操作并非原子操作，而可能在其中间操作导致了其他线程对其他进行了修改，虽然同样的问题我在《Think in Java》中也找到可以佐证的例子。这里有一个问题就是synchronized：因为我对si已经加了synchronized操作，但是输出的结果令人意外，难道还会有问题？这让我想把这段代码编译成字节码的冲动。好吧，下面看字节码（这里我单独把synchronized这一段操作抽出来，作为分析，其他几个就算了，不然编译后的字节码有点多）

      为了方便看，先贴出源代码

public class TestSynchronizedThread  implements Runnable{

	private static Integer si = 0;
	
	@Override
	public void run() {
		for(int k=0;k<200000;k++){
			synchronized(si){
				si++;
			}
		}
	}
}

下面是字节码，为了节省篇幅，一些不重要的部分我将不贴出

   0:   iconst_0
   1:   istore_1
   2:   iload_1
   3:   ldc     #2; //int 200000
   5:   if_icmpge       55
   8:   getstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;
   11:  dup
   12:  astore_2
   13:  monitorenter
   14:  getstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;
   17:  astore_3
   18:  getstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;
   21:  invokevirtual   #4; //Method java/lang/Integer.intValue:()I
   24:  iconst_1
   25:  iadd
   26:  invokestatic    #5; //Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
   29:  dup
   30:  putstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;
   33:  astore  4
   35:  aload_3
   36:  pop
   37:  aload_2
   38:  monitorexit
   39:  goto    49
   42:  astore  5
   44:  aload_2
   45:  monitorexit
   46:  aload   5
   48:  athrow
   49:  iinc    1, 1
   52:  goto    2
   55:  return

        从这里一看从monitorenter进入安全区到monitorexit出安全区没有发现si是处于中间状态的，那又是在哪出的问题呢？这里简单说一下，归根结底仍然是（++）操作非原子操作，可是很多人疑惑了，这里不是加锁了吗？废话不多说，在我的深入探析Java线程锁机制有一个比较详细的分析。