原子性、易失性或同步：哪种方法可以保证线程安全？

原子、易失性和同步之间的差异

本讨论探讨了编程中原子、易失性和同步结构的内部工作原理。

非同步增量

private int counter;

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter++; 
}

由于竞争条件和内存可见性问题，这种简单的方法在多线程环境中会遇到并发问题。每个线程可能有自己的本地计数器副本，从而导致数据不一致。

AtomicInteger

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter.getAndIncrement();
}

AtomicInteger 利用 CAS（比较和交换）操作以确保线程安全。它读取计数器的当前值，递增该值，然后以原子方式将新值与前一个值进行比较和交换。

易失性，无需同步

private volatile int counter;

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter++; 
}

此方法仅解决内存可见性问题，但不能解决竞争条件。预增量/后增量操作仍然是非原子的。

没有同步的 volatile (i = 5)

volatile int i = 0;
void incIBy5() {
    i += 5;
}

这段代码说明了 volatile 的有限实用性。即使它确保了可见性，底层操作也不是原子的，从而导致竞争条件。

同步块

void incIBy5() {
    int temp;
    synchronized(i) { temp = i }
    synchronized(i) { i = temp + 5 }
}

这种同步尝试是有缺陷的，因为锁对象随着每次执行而改变，使得同步块无效。锁必须在整个操作中保持一致，以确保线程安全。

总而言之，像 AtomicInteger 这样的原子构造提供了线程安全操作，而不需要同步块。易失性保证了内存可见性，但不保证原子性。正确使用时，同步块可以显式控制线程对共享资源的访问。

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