AtomicInteger 如何是线程安全的

Question

我正在阅读一些关于 Java 中的原子变量的文档。 随处可见，AtomicInteger 应该是线程安全的。

根据我对原子整数的理解，它的工作原理是比较和交换算法。 当两个线程尝试在完全相同的时间递增相同的原子变量时，我无法理解这将如何工作。

假设我定义了AtomicInteger var = 1，它被两个线程Thread_1 和Thread_2 使用。当两个线程都尝试同时增加var T1 时会发生什么。 我知道这将是罕见的情况，但如果它发生了怎么办。在比较和交换中，它在单个原子操作中读取和更新变量，并检查内存中的值。那么如果在T1-1 时，var 的值为 5 并且Thread1 和Thread2 都将开始递增呢？ 哪一个会失败？会是随机行为吗？或者我错过了一些非常基本的东西。

Answer 1

比较和交换在 CPU 级别是原子的。

您可以使用比较和交换显式实现增量操作：

int value;
do { 
  value = var.get();
} while (!var.compareAndSwap(value, value + 1));

CPU 保证compareAndSwap 是原子的（会有一个本机实现）。

如果两个线程同时命中这个compareAndSwap，那么只有一个线程会“获胜”，接收到true 作为compareAndSwap 调用的结果，因此循环停止。

另一个线程将“失败”，并收到false 作为结果，因此将再次循环：它读取一个新值，然后再次尝试CAS。如果成功（因为没有其他线程同时尝试执行此操作，或者它“赢得”了另一个线程），则循环停止；否则，它会再次尝试。

Answer 2

这是典型的比赛条件情况。将此增量操作视为带有小门的小房间，其中只有一个人可以容纳并执行一些操作。两个设法进入这个房间的第一个线程将执行增量操作。然后当它完成时，第二个=“不太幸运”线程将完成它的工作。但重要的是，两个操作的结果是一致的，因为它们不会并行执行增量操作。

Answer 3

那么如果在时间 T1-1，var 的值为 5，Thread1 和 Thread2 都将开始递增呢？

其中一个将成功执行比较和交换与当前值5 和新值6，另一个将失败并再次尝试值6 和新值7。它们不能同时使用5 的当前值和6 的新值成功，它是在 CPU 级别处理的。

即使它们在不同的内核上运行并且 CAS 操作同时执行，仍然有一个操作会失败，这实际上是随机的（可能不取决于 CPU 实现）。