Java 中的易失變量與原子變量

一、概述

在本教程中，我們將了解volatile關鍵字和原子類之間的區別以及它們解決的問題。首先，有必要了解 Java 如何處理線程之間的通信以及可能出現哪些意外問題。

線程安全是一個至關重要的話題，它可以深入了解多線程應用程序的內部工作。我們還將討論競爭條件，但我們不會深入探討這個主題。

2.並發問題

我們通過一個簡單的例子來看看原子類和volatile關鍵字的區別。想像一下，我們正在嘗試創建一個將在多線程環境中工作的計數器。

理論上，任何應用程序線程都可以增加這個計數器的值。讓我們開始用一種天真的方法來實現它，並檢查會出現什麼問題：

public class UnsafeCounter {

 private int counter;

 int getValue() {
 return counter;
 }

 void increment() {
 counter++;
 }
 }

這是一個完美工作的計數器，但不幸的是，它僅適用於單線程應用程序。這種方法在多線程環境中會遇到可見性和同步問題。在大型應用程序中，跟踪錯誤甚至損壞用戶數據可能會造成困難。

3.能見度問題

可見性問題是在多線程應用程序中工作時的問題之一。可見性問題與 Java 內存模型緊密相關。

在多線程應用程序中，每個線程都有其共享資源的緩存版本，並根據事件或計劃更新主內存中的值或從主內存中更新值。

線程緩存和主內存值可能不同。因此，即使一個線程更新主內存中的值，這些更改也不會立即對其他線程可見。這稱為可見性問題。

volatile關鍵字通過繞過本地線程中的緩存來幫助我們解決這個問題。因此， volatile變量對所有線程都是可見的，並且所有這些線程將看到相同的值。因此，當一個線程更新值時，所有線程都會看到新值。我們可以將其視為低級觀察者模式，並可以重寫之前的實現：

public class UnsafeVolatileCounter {

 private volatile int counter;

 public int getValue() {
 return counter;
 }

 public void increment() {
 counter++;
 }
 }

上面的示例改進了計數器並解決了可見性問題。但是，我們仍然有一個同步問題，我們的計數器在多線程環境中無法正常工作。

4. 同步問題

儘管volatile關鍵字可以幫助我們提高可見性，但我們還有另一個問題。在我們的增量示例中，我們使用變量count.首先，我們讀取這個變量，然後給它分配一個新值。這意味著增量操作不是原子的。

我們在這裡面臨的是一個競爭條件。每個線程應首先讀取該值，將其遞增，然後將其寫回。當多個線程開始使用該值並在另一個線程寫入它之前讀取它時，就會出現問題。

這樣，一個線程可能會覆蓋另一個線程寫入的結果。 synchronized關鍵字可以解決這個問題。但是，這種方法可能會造成瓶頸，並且它不是解決這個問題的最優雅的解決方案。

5. 原子值

原子值提供了一種更好、更直觀的方式來處理這個問題。它們的界面允許我們在沒有同步問題的情況下與值進行交互和更新。

在內部，原子類確保，在這種情況下，增量將是原子操作。因此，我們可以使用它來創建線程安全的實現：

public class SafeAtomicCounter {
 private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

 public int getValue() {
 return counter.get();
 }

 public void increment() {
 counter.incrementAndGet();
 }
 }

我們的最終實現是線程安全的，可以在多線程應用程序中使用。它與我們的第一個示例沒有太大區別，只有通過使用原子類，我們才能解決多線程代碼中的可見性和同步問題。

六，結論

在本文中，我們了解到在多線程環境中工作時應該非常謹慎。錯誤和問題很難追踪，並且在調試時可能不會出現。這就是為什麼必須了解 Java 如何處理這些情況的原因。

volatile關鍵字可以幫助解決可見性問題並通過本質上的原子操作解決問題。設置標誌是volatile關鍵字可能有用的示例之一。

原子變量有助於處理非原子操作，如遞增-遞減或任何需要在分配新值之前讀取值的操作。原子值是解決我們代碼中的同步問題的一種簡單方便的方法。

與往常一樣，示例的源代碼可在 GitHub 上獲得。