什么是原子性？请举例说明。

八股文_Java并发基础题 0 5

参考回答**

原子性是指一个操作或一组操作要么全部执行成功，要么全部不执行，且在执行过程中不会被其他线程中断。原子性是保证多线程程序正确性的基础之一。Java中常见的原子性操作包括基本的读写操作（如 int 和 long 的读取和写入操作）以及使用 java.util.concurrent.atomic 包中的类（如 AtomicInteger）进行的操作。

示例：i++ 并不是一个原子性操作，因为它包含了多个步骤：读取变量、修改变量、写回变量。这在多线程环境下可能导致线程安全问题。

详细讲解与拓展

原子性的特性

原子性保证了操作的不可分割性：操作要么完全执行，要么完全不执行，绝不会出现只执行一部分的情况。例如：

操作中间不会被其他线程观察到其不完整的状态。
操作对所有线程都是一致的。

非原子性操作的例子

以 i++ 为例，这是一个看似简单但并非原子性的操作：

读取变量 i 的值。
对值执行加1操作。
将结果写回变量 i。

在多线程环境中，可能会发生以下情况：

线程A 读取 i = 5，准备加1。
线程B 读取了相同的 i = 5，也准备加1。
线程A 写入 i = 6。
线程B 写入 i = 6，覆盖了线程A的结果。

最终结果是 i = 6，而不是预期的 i = 7。

如何保证原子性

同步代码块
使用 synchronized 关键字可以确保一个线程在执行操作时，不会被其他线程干扰。例如：
```
public synchronized void increment() {
   i++;
}
```

使用原子类
Java 提供了 java.util.concurrent.atomic 包中的原子类来解决类似问题，例如 AtomicInteger：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicExample {
   private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

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

incrementAndGet 方法是原子的，因此不会发生竞争问题。

使用锁（Lock）
使用 ReentrantLock 显式加锁也可以确保操作的原子性：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockExample {
   private int i = 0;
   private final Lock lock = new ReentrantLock();

   public void increment() {
       lock.lock();
       try {
           i++;
       } finally {
           lock.unlock();
       }
   }
}

拓展知识：CAS (Compare-And-Swap)

概念：CAS 是一种乐观锁机制，用于实现原子性操作。它的核心思想是比较变量当前值与预期值，如果一致，则更新为新值；否则重试。
实现：Java中的 AtomicInteger 就是基于CAS实现的。
优缺点：
- 优点：性能高，无需阻塞线程。
缺点：在高竞争环境下可能导致大量重试，降低性能。

代码示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CASExample {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);

        boolean success = atomicInteger.compareAndSet(5, 10);
        System.out.println("CAS 操作是否成功: " + success);
        System.out.println("当前值: " + atomicInteger.get());
    }
}

总结

原子性是并发编程的基础之一，用于保证线程间操作的完整性。
可以通过同步、原子类或显式锁来实现原子性。
CAS 是高效实现原子性的关键技术，在原子类和无锁并发编程中被广泛应用。