使用 AtomicInteger 时的同步

Question

假设我要实现一个非常简单的Bank Account 类，并且我们要处理并发和多线程问题，

即使 balance 是 AtomicInteger ，创建以下方法 synchronized 是否是个好主意？

另一方面，如果我们将所有方法都设为同步，那么AtomicInteger 就不再有用了，对吧？

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;


public class Account {
    AtomicInteger balance;
    public synchronized int checkBalance(){
        return this.balance.intValue();
    }
    public synchronized void deposit(int amount){
        balance.getAndAdd(amount);
    }
    public synchronized boolean enoughFund(int a){
        if (balance.intValue() >= a)
            return true;
        return false;
    }
    public synchronized boolean transfer_funds(Account acc, int amount){ // dest : acc 
        if (enoughFund(amount)){
            withdraw(amount);
            acc.deposit(amount);
            return true;
        }
        return false;
    }
    public synchronized boolean withdraw(int amount){
        if (checkBalance() < amount)
            return false;
        balance.getAndAdd(-1 * amount);
        return true;
    }
}

Answer 1

将您的金额声明为AtomicInteger 不会阻止线程在方法执行过程中被抢占（如果它未同步）。因此，例如，如果您的方法 transfer_funds 没有以任何方式同步，您可能会得到意想不到的结果，即使您的金额为 AtomicInteger

public /* synchronized */ boolean transfer_funds(Account acc, int amount){ // dest : acc 
        if (enoughFund(amount)){
            withdraw(amount);  // <- thread can be preempted in the middle of method execution
            acc.deposit(amount);
            return true;
        }
        return false;
    }

此类问题称为竞争条件。一个可能的例子是当两个线程尝试从同一个帐户转移资金时。当一个线程确定有enoughFund进行贷记转账时，该线程可能会被抢占，同时其他线程可以开始从该账户转账资金。当第一个线程再次开始处理时，它不会仔细检查是否有enoughFunds 来执行信用转移（他已经检查过，但他的知识可能已经过时），而是转到下一行执行。这样，您可能无法获得一致的结果。您一开始在所有帐户上的总金额可以更改。

Cay Horstmann 的 Core Java 书中对这方面有很好的解释——这里是免费的chapter about synchronization。它详细描述了您所询问的几乎完全相同的问题。

Answer 2

两者都可以，让它同步是个好主意，并且不需要 Atomic。

如果你只依赖 Atomic 而不是同步，你可能会遇到这样的问题：

    if (enoughFund(amount)){
        withdraw(amount);
        acc.deposit(amount);
        return true;
    }

因为 Atomic 只保证您的整数不会被同时访问，这意味着 enoughFund(amount) 将保证为 amount 提供正确的值，即使它是由其他人编写的线。但是，Atomic 本身并不能保证在这一行得到的值与下一行代码中的值相同，因为另一个线程可以在这两行之间执行另一个 Atomic 操作，导致withdraw(amount); 能够设置您的余额低于零。

Answer 3

如果你非常想使用AtomicInteger，你可以这样写：

public class Account {
    private final AtomicInteger balance = new AtomicInteger(0);

    public void deposit(int amount) {
        balance.getAndAdd(amount);
    }

    public boolean withdraw(int amount) {
        for (int i; i < SOME_NUMBER_OF_ATTEMPTS; ++i) {
            int currentBalance = balance.get();
            if (currentBalance < amount) return false;
            boolean updated = balance.compareAndSet(currentBalance, currentBalance - amount);
            if (updated) return true;
        }
    }

    public boolean transfer(int amount, Account recipient) {
        boolean withdrawn = withdraw(amount);
        if (withdrawn) recipient.deposit(amount);
        return withdrawn;
    }
}

这很安全，而且它不使用锁。进行转移或提款的线程不能保证完成此操作，但是，嘿。

循环比较和设置的技术是一种标准技术。 synchronized 使用的锁是这样实现的。

Answer 4

是的，你是对的。如果对对象的所有访问权限都是synchronized，AtomicInteger 不会授予任何好处（在任何给定时刻最多只有一个线程会访问其内容）。

正如其他人指出的那样，当您需要对该变量进行线程安全访问并对其执行简单更新时，最好使用AtomicInteger。
在这种情况下，您有两个 compound 操作，transfer_funds 和 withdraw。前者有3个访问，后者有2个。

您希望这些操作本身是原子的，即，它们在其他人看来好像是瞬间发生的，它们不能分解为更小的操作。要实现这一点，synchronized 是必要的。

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最后，我想留下一个（可能）有用的建议。 您应该为每个帐户分配一个唯一标识符。您可能会问，为什么要防止死锁。

假设我们有两个线程，T1 和 T2，以及两个帐户，a1 和 a2。

T1：

a1.transfer_funds(a2, 42);

T2：

a2.transfer_funds(a1, 00101010);

您可能会遇到以下交错：

T1 -> a1.enoughFund(42)
T1 -> a1.withdraw(42)
T2 -> a2.enoughFund(00101010)
T2 -> a2.withdraw(00101010)
T1 -> a2.deposit(42)    // blocks on a2's monitor, because T2 already has it
T2 -> a1.deposit(00101010)    // same as above

两个线程无限期地等待对方，因为你所有的方法都是synchronized。

解决方案，在为每个帐户分配标识符时，例如：

public class Account {
    private int balance;
    private final int id;

    /* Not synchronized */
    public boolean transferFunds(Account acc, int amount) {
        if (id < acc.getId()) {
            synchronized (this) {
                synchronized (acc) {
                    return transfer(acc, amount);
                }
            }
        }
        else if (id > acc.getId()) {
            synchronized (acc) {
                synchronized (this) {
                    return transfer(acc, amount);
                }
            }
        }
        return true; // same id, transfering to self has no effect.
    }

    private boolean transfer(Account acc, int amount) {
        if (balance >= amount) {
            balance -= amount;
            // This is not synchronized, you may make it private.
            acc.depositUnsynchronized(amount);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

以上实现了有序的获取锁，所以无论哪种情况，所有线程都会先尝试获取id最小的账户。如果该帐户正在进行转账，则在第一次转账结束之前不会发生其他转账。

Answer 5

atomic 数据类型向您承诺的唯一方法就是让 lock-free 但 thread-safe 访问它的值。因此，您使用AtomicInteger 而不是synchronized 的正当理由之一是您只需要保护您的更新操作，例如

synchronized (lockObj) {
    myInt++; // slower than AtomicInteger
}

在这种情况下，AtomicInteger.incrementAndGet() 会更快。但是，如果您的同步范围大于该范围并且增量只是其中的一部分，则建议使用带有非原子整数（在该块中受保护）的 synchronized 块。