Java多线程i++线程安全问题，volatile和AtomicInteger解释？

Question

在Java多线程中，i++和i--是非线程安全的。
例子：

public class PlusPlusTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Num num = new Num();
        ThreadA threadA = new ThreadA(num);
        ThreadB threadB = new ThreadB(num);
        threadA.start();
        threadB.start();
        Thread.sleep(200);
        System.out.println(num.count);
    }
}

class ThreadA extends Thread {
    private Num num;

    public ThreadA(Num num) {
        this.num = num;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            num.count++;
        }
    }
}

class ThreadB extends Thread {
    private Num num;

    public ThreadB(Num num) {
        this.num = num;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            num.count++;
        }
    }
}

class Num {
    int count = 0;

    public Num() {
    }
}

以上代码输出结果基本上不是2000，会比2000小。

原因：

在线程A中，i++的过程为：
temp1 = i; temp2 = temp1 + 1; i = temp2;
在线程B中，i++的过程为：
temp3 = i; temp4 = temp3 + 1; i = temp4;

在i=0的时候，线程A和B同时读取i=0。
线程A执行++后，i被修改成1。
线程B执行++后，i被修改，但还是1。

问：这样的解释对么？

想到把count变量申明为volatile，但是：

即使把count申明为volatile，输出的结果也不是2000，请问为什么？

class Num {
    volatile int count = 0;

    public Num() {
    }
}

最后

把count变量包装成AtomicInteger之后，输出的结果为2000，正确，这又是为什么？

Answer 1

因为volatile不保证操作的原子性，i++这种操作并不是原子操作。

Answer 2

问：这样的解释对么？

其实不是很妥当，i++的操作应该没有那么麻烦，读值是指读到CPU。
出现错误，执行顺序如下：

1. 线程1读到i的值为0，

2. 线程2也读到i的值为0，

3. 线程1执行了+1操作，将结果值1写入到内存，

4. 线程2执行了+1操作，将结果值1写入到内存。

即使把count申明为volatile，输出的结果也不是2000，请问为什么？

volatile只能保证可见性，就是说实时读到i的最新值，但不能保证原子性，即上述执行顺序完全允许出现。这个还可以参考我关于这个问题的回答：https://segmentfault.com/q/10...

把count变量包装成AtomicInteger之后，输出的结果为2000，正确，这又是为什么？

AtomicInteger是原子的int，这个是由Java实现的，大概理解下源码：

 /**
     * Atomically increments by one the current value.
     *
     * @return the previous value
     */
    public final int getAndIncrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }
    
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

重点是compareAndSet()，这个方法会判断current与i的值是否满足条件：此时i的值是否和current相等，满足条件了直接退出循环，不然再++一遍，直到正常。
compareAndSet方法是由Java的unsafe实现的，这个应该很底层了，都是native方法，我也没研究过。不过，一般程序员是不会接触到unsafe编程的。

Answer 3

volatile只能保证可见性，即别人修改了之后你立马能读到，但是你改的时候别人也可以改。
AtomicInteger是基于CAS（Compare And Swap）的。

CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。 两个问题： （1）CAS算法仍然可能会出现冲突，例如A、B两个线程，A已经进入写内存但未完成，此时A读取到的副本且读取成功，AB两个线程同时进入写内存操作，必然会造成冲突。 CAS算法本质并非完全无锁，而是把获得锁和释放锁推迟至CPU原语实现，相当于尽可能的缩小了锁的范围；直接互斥地实现系统状态的改变，它的使用基本思想是copy-on-write——在修改完对象的副本之后再用CAS操作将副本替换为正本。 （2）ABA问题，若其中一个线程修改A->B->A，另外一个线程仍然读取到A，虽然值是预期值，但并不能说明该内存值没有变化。

Answer 4

懒的写答案了，给一个非常好的文章Java并发编程：volatile关键字解析

Answer 5

volatile保证每次得到的数据是最新的（从内存中读取），i++; --> i=i+1; 如果执行到i+1没有赋值给i的话，就无法保证另个线程得到的数据是最新的，后面那个是原子操作，所以能够保证i＝这一定会执行