synchronized下的 i+=2 和 i++ i++執行結果居然不一樣

颯沓流星發表於2022-06-12
synchronized

起因

逛【部落格園-博問】時發現了一段有意思的問題：

問題連結：https://q.cnblogs.com/q/140032/

這段程式碼是這樣的：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class AutomicityTest implements Runnable {

    private int i = 0;

    public int getValue() {
        return i;
    }

    /**
    * 同步方法，加2
    */
    public synchronized void evenIncrement() {
        i += 2;
        // i++;
        // i++;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            evenIncrement();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

        // AutomicityTest執行緒
        AutomicityTest automicityTest = new AutomicityTest();
        exec.execute(automicityTest);

        // main執行緒
        while (true) {
            int value = automicityTest.getValue();
            if (value % 2 != 0) {
                System.out.println(value);
                System.exit(0);
            }
        }
    }
}

程式碼很簡單（一開始我沒看清楚問題，還建議樓主去學習下Java語法，尷尬的一批~~~）

簡單說明下程式碼邏輯

一、AutomicityTest類實現了Runnable介面，並實現 run() 方法，run() 方法中有一個 while(true) 迴圈，迴圈體中呼叫了一個 synchronized 修飾的方法 evenIncrement()；

二、AutomicityTest類中有一個 int i 成員變數；

三、在 main() 方法中使用執行緒池執行執行緒（直接 new Thread().start() 是一樣的），然後 while(true) 迴圈體中不停列印成員變數 i 的值，如果是奇數就退出虛擬機器。

大家覺得這段程式碼會輸出什麼呢？

沒錯就是死迴圈！！！

有意思的地方來了，如果我把同步方法 evenIncrement() 改為下面這樣：

public synchronized void evenIncrement() {
    // i += 2;
    i++;
    i++;
}

執行結果是退出了虛擬機器！！！

是不是很納悶兒，要是不納悶兒，就不用往下看了 >_<

一起來分析一下

1.首先從方法入口開始，main() 方法當中建立了一個AutomicityTest執行緒 和 本身 main() 所在的main執行緒，所以AutomicityTest執行緒是一個寫執行緒，main執行緒是一個讀執行緒，既然有讀有寫，又是多個執行緒，就涉及到工作記憶體和主存模型，在這裡我就不贅述了。

2.寫執行緒是有synchronized修飾的，但是讀執行緒並沒有，這就導致了讀寫不一致，解決方法就是給 getValue() 加上synchronized，此時執行結果就正常了

3.但是問題還沒完，為什麼 i += 2 死迴圈，而 【兩條】 i++ 卻退出了虛擬機器呢？

位元組碼層面分析

public synchronized void evenIncrement() {
    i += 2;
}

// 對應的位元組碼
public synchronized void evenIncrement();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field i:I
         5: iconst_2
         6: iadd
         7: putfield      #2                  // Field i:I
        10: return

public synchronized void evenIncrement() {
    i++;
    i++;
}

// 對應的位元組碼
public synchronized void evenIncrement();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field i:I
         5: iconst_1
         6: iadd
         7: putfield      #2                  // Field i:I
        10: aload_0
        11: dup
        12: getfield      #2                  // Field i:I
        15: iconst_1
        16: iadd
        17: putfield      #2                  // Field i:I
        20: return

i+=2;

位元組碼指令只有一段putfield，沒有執行是偶數，執行了也是偶數，所以會死迴圈。

i++; i++;

位元組碼指令有兩段putfield，由於之前getValue()沒有加synchronized，那麼在執行getValue()的時候，putfield可能沒有執行，可能執行了一次，也可能執行了兩次，沒有執行是偶數，執行一次是奇數，執行兩次是偶數；又因為AutomicityTest執行緒 run() 是 while (true) {} 的，所以它總能執行到奇數，退出虛擬機器。

最後

到此就分析完了，所以該問題的關鍵就是寫操作是原子的，但是讀操作不是，導致讀出來的資料不是最終的。

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