原子性、易失性或同步：哪種方法可以確保執行緒安全？

原子、易失性和同步之間的差異

本討論探討了程式設計中原子、易失性和同步結構的內部工作原理。

非同步增量

private int counter;

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter++; 
}

由於競爭條件和記憶體可見性問題，這種簡單的方法在多執行緒環境中會遇到並發問題。每個執行緒可能有自己的本機計數器副本，從而導致資料不一致。

AtomicInteger

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter.getAndIncrement();
}

AtomicInteger 利用 CAS（比較和交換）操作以確保線程安全。它讀取計數器的當前值，遞增該值，然後以原子方式將新值與前一個值進行比較和交換。

易失性，無需同步

private volatile int counter;

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter++; 
}

此方法僅解決記憶可見性問題，但無法解決競爭條件。預增量/後增量操作仍然是非原子的。

沒有同步的 volatile (i = 5)

volatile int i = 0;
void incIBy5() {
    i += 5;
}

這段程式碼說明了 volatile 的有限實用性。即使它確保了可見性，底層操作也不是原子的，從而導致競爭條件。

同步區塊

void incIBy5() {
    int temp;
    synchronized(i) { temp = i }
    synchronized(i) { i = temp + 5 }
}

這種同步嘗試是有缺陷的，因為鎖定物件隨著每次執行而改變，使得同步區塊無效。鎖必須在整個操作中保持一致，以確保線程安全。

總而言之，像 AtomicInteger 這樣的原子構造提供了執行緒安全操作，而不需要同步區塊。易失性保證了記憶體可見性，但不保證原子性。正確使用時，同步區塊可以明確控制執行緒對共享資源的存取。

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