1. 概述
在本教程中，我们将了解volatile关键字和原子类之间的区别以及它们解决的问题。首先，有必要知道Java如何处理线程之间的通信以及可能出现的意外问题。
线程安全是一个至关重要的话题，它提供了对多线程应用程序内部工作的洞察力。我们还将讨论争用条件，但我们不会深入探讨这个主题。
2. 并发问题
让我们举一个简单的例子来看看原子类和volatile关键字的区别。想象一下，我们正在尝试创建一个将在多线程环境中使用的计数器。
理论上，任何应用程序线程都可以递增这个计数器的值。让我们开始用一种简单的方法来实现它，并检查会出现什么问题：
public class UnsafeCounter {
private int counter;
public int getValue() {
return counter;
}
public void increment() {
counter++;
}
}
这是一个完美的计数器，但不幸的是，它仅适用于单线程应用程序。这种方法在多线程环境中会遇到可见性和同步问题。在大型应用程序中，跟踪错误甚至损坏用户数据可能会造成困难。
3. 可见性问题
可见性问题是在多线程应用程序中常见的问题之一。可见性问题与Java内存模型紧密相关。
在多线程应用程序中，每个线程都有其共享资源的缓存版本，并根据事件或调度更新主内存中的值或从主内存中更新值。
线程缓存和主内存值可能不同。因此，即使一个线程更新主内存中的值，这些更改也不会立即对其他线程可见。这称为可见性问题。
volatile关键字通过绕过本地线程中的缓存来帮助我们解决这个问题。因此，volatile变量对所有线程都是可见的，并且所有这些线程都将看到相同的值。因此，当一个线程更新值时，所有线程都将看到新值。我们可以将其视为低级观察者模式，并且可以重写之前的实现：
public class UnsafeVolatileCounter {
private volatile int counter;
public int getValue() {
return counter;
}
public void increment() {
counter++;
}
}
上面的示例改进了计数器类并解决了可见性问题。但是，我们仍然存在同步问题，我们的计数器在多线程环境中仍然无法正常工作。
4. 同步问题
尽管volatile关键字可以帮助我们实现可见性，但我们还有另一个问题。在我们的increment方法中，我们使用变量count执行两个操作。首先，我们读取这个变量，然后给它分配一个新值。这意味着自增操作不是原子的。
我们在这里面临的是争用条件。每个线程应首先读取该值，将其递增，然后将其写回。当多个线程开始使用该值并在另一个线程写入之前读取该值时，就会出现问题。
这样，一个线程可能会覆盖另一个线程写入的结果。synchronized关键字可以解决这个问题。但是，这种方法可能会造成瓶颈，并且它不是解决这个问题的最优雅的解决方案。
5. 原子值
原子值提供了一种更好、更直观的方法来处理这个问题。它们的接口允许我们在没有同步问题的情况下与值进行交互和更新。
在内部，原子类确保在这种情况下，自增将是原子操作。因此，我们可以使用它来创建线程安全的实现：
public class SafeAtomicCounter {
private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
public int getValue() {
return counter.get();
}
public void increment() {
counter.incrementAndGet();
}
}
我们的最终实现是线程安全的，可以在多线程应用程序中使用。它与我们的第一个例子没有太大区别，只有通过使用原子类，我们才能解决多线程代码中的可见性和同步问题。
6. 总结
在本文中，我们了解到在多线程环境中工作时应该非常谨慎。错误和问题可能很难追踪，并且在调试时可能不会出现。这就是为什么必须了解Java如何处理这些情况的原因。
volatile关键字可以帮助解决可见性问题并解决本质上原子操作的问题。设置标志是volatile关键字可能有用的示例之一。
原子变量有助于处理非原子操作，如递增-递减或任何需要在分配新值之前读取值的操作。原子值是解决代码中同步问题的一种简单方便的方法。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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