多线程join场景下count值异常问题及volatile/AtomicInteger方案咨询

问题背景 #

我遇到一个主线程启动两个子线程的多线程问题，相关代码如下：

package com.multi;
public class App {
    private int count = 0;
    public void doWork() {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    count++;
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    count++;
                }
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Count is: " + count);
    }
    public static void main(String[] args) {
        App worker = new App();
        worker.doWork();
    }
}

书中提到该代码的count值可能在某些情况下小于20000，虽有解释但我未能完全理解——明明用try块调用thread.join()确保两个线程的循环执行完毕，却仍可能出现异常。现提出两个问题：
a. 哪些情况会导致count值小于20000？为何两个线程无法正确递增count？
b. 使用private volatile int count = 0; 或 private AtomicInteger count = 0; 能否从根本上解决该问题？

问题解答 #

a. 为什么count会小于20000？

这事儿的核心在于**count++根本不是一个原子操作**——你看着它是一行代码，底层会被拆成三个独立的步骤：

1. 从内存里读出当前count的数值
2. 把读到的值加1
3. 把新值写回内存

当两个线程同时跑这个操作时，就会出现「抢资源」的竞态条件。给你举个具体的场景：

• 线程1读到count=500，加1变成501，但还没来得及把新值写回内存
• 这时候线程2也读到了count=500，同样加1变成501
• 接着线程1把501写回内存，线程2随后也把501写回内存

你看，两个线程都执行了一次count++，但count只从500变成了501，相当于白白浪费了一次递增。这种情况在10000次循环里会发生好多次，最终结果自然就小于20000了。

至于你用的join()方法，它的作用只是让主线程等两个子线程都跑完再输出结果，但它管不了线程内部的操作冲突——join负责的是线程的「存活状态」，不负责线程里的操作是否安全。

b. volatile和AtomicInteger能否解决问题？

咱们分开说：

• volatile不行：volatile关键字能保证变量的「可见性」（一个线程改了值，其他线程立刻能读到最新的），还能禁止指令重排序，但它解决不了原子性问题。count++依然是三个步骤，哪怕count加了volatile，两个线程还是可能同时读到同一个旧值，然后重复写回，竞态条件依然存在。
• AtomicInteger完全可以：这是Java并发包专门为原子操作设计的类，它的incrementAndGet()方法（对应咱们的count++）是原子性的。底层用CAS（比较并交换）机制或者内部锁（不同JDK版本实现有差异）保证整个递增操作是一个不可分割的整体——同一时间只有一个线程能完成递增，绝不会出现两个线程操作导致的数值覆盖问题，从根本上解决了竞态条件。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Arefe