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<title>58 Java 中的原子操作有哪些注意事项？.md.html</title>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/00 由点及面，搭建你的 Java 并发知识网.md.html">00 由点及面，搭建你的 Java 并发知识网</a>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/01 为何说只有 1 种实现线程的方法？.md.html">01 为何说只有 1 种实现线程的方法？</a>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/02 如何正确停止线程？为什么 volatile 标记位的停止方法是错误的？.md.html">02 如何正确停止线程？为什么 volatile 标记位的停止方法是错误的？</a>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/03 线程是如何在 6 种状态之间转换的？.md.html">03 线程是如何在 6 种状态之间转换的？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/04 waitnotifynotifyAll 方法的使用注意事项？.md.html">04 waitnotifynotifyAll 方法的使用注意事项？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/05 有哪几种实现生产者消费者模式的方法？.md.html">05 有哪几种实现生产者消费者模式的方法？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/06 一共有哪 3 类线程安全问题？.md.html">06 一共有哪 3 类线程安全问题？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/07 哪些场景需要额外注意线程安全问题？.md.html">07 哪些场景需要额外注意线程安全问题？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/08 为什么多线程会带来性能问题？.md.html">08 为什么多线程会带来性能问题？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/09 使用线程池比手动创建线程好在哪里？.md.html">09 使用线程池比手动创建线程好在哪里？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/10 线程池的各个参数的含义？.md.html">10 线程池的各个参数的含义？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/11 线程池有哪 4 种拒绝策略？.md.html">11 线程池有哪 4 种拒绝策略？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/12 有哪 6 种常见的线程池？什么是 Java8 的 ForkJoinPool？.md.html">12 有哪 6 种常见的线程池？什么是 Java8 的 ForkJoinPool？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/13 线程池常用的阻塞队列有哪些？.md.html">13 线程池常用的阻塞队列有哪些？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/14 为什么不应该自动创建线程池？.md.html">14 为什么不应该自动创建线程池？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/15 合适的线程数量是多少？CPU 核心数和线程数的关系？.md.html">15 合适的线程数量是多少？CPU 核心数和线程数的关系？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/16 如何根据实际需要，定制自己的线程池？.md.html">16 如何根据实际需要，定制自己的线程池？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/17 如何正确关闭线程池？shutdown 和 shutdownNow 的区别？.md.html">17 如何正确关闭线程池？shutdown 和 shutdownNow 的区别？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/18 线程池实现“线程复用”的原理？.md.html">18 线程池实现“线程复用”的原理？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/19 你知道哪几种锁？分别有什么特点？.md.html">19 你知道哪几种锁？分别有什么特点？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/20 悲观锁和乐观锁的本质是什么？.md.html">20 悲观锁和乐观锁的本质是什么？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/21 如何看到 synchronized 背后的“monitor 锁”？.md.html">21 如何看到 synchronized 背后的“monitor 锁”？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/22 synchronized 和 Lock 孰优孰劣，如何选择？.md.html">22 synchronized 和 Lock 孰优孰劣，如何选择？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/23 Lock 有哪几个常用方法？分别有什么用？.md.html">23 Lock 有哪几个常用方法？分别有什么用？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/24 讲一讲公平锁和非公平锁，为什么要“非公平”？.md.html">24 讲一讲公平锁和非公平锁，为什么要“非公平”？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/25 读写锁 ReadWriteLock 获取锁有哪些规则？.md.html">25 读写锁 ReadWriteLock 获取锁有哪些规则？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/26 读锁应该插队吗？什么是读写锁的升降级？.md.html">26 读锁应该插队吗？什么是读写锁的升降级？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/27 什么是自旋锁？自旋的好处和后果是什么呢？.md.html">27 什么是自旋锁？自旋的好处和后果是什么呢？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/28 JVM 对锁进行了哪些优化？.md.html">28 JVM 对锁进行了哪些优化？</a>
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</li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/29 HashMap 为什么是线程不安全的？.md.html">29 HashMap 为什么是线程不安全的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/30 ConcurrentHashMap 在 Java7 和 8 有何不同？.md.html">30 ConcurrentHashMap 在 Java7 和 8 有何不同？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/31 为什么 Map 桶中超过 8 个才转为红黑树？.md.html">31 为什么 Map 桶中超过 8 个才转为红黑树？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/32 同样是线程安全，ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别.md.html">32 同样是线程安全，ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/33 CopyOnWriteArrayList 有什么特点？.md.html">33 CopyOnWriteArrayList 有什么特点？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/34 什么是阻塞队列？.md.html">34 什么是阻塞队列？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/35 阻塞队列包含哪些常用的方法？add、offer、put 等方法的区别？.md.html">35 阻塞队列包含哪些常用的方法？add、offer、put 等方法的区别？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/36 有哪几种常见的阻塞队列？.md.html">36 有哪几种常见的阻塞队列？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/37 阻塞和非阻塞队列的并发安全原理是什么？.md.html">37 阻塞和非阻塞队列的并发安全原理是什么？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/38 如何选择适合自己的阻塞队列？.md.html">38 如何选择适合自己的阻塞队列？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/39 原子类是如何利用 CAS 保证线程安全的？.md.html">39 原子类是如何利用 CAS 保证线程安全的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/40 AtomicInteger 在高并发下性能不好，如何解决？为什么？.md.html">40 AtomicInteger 在高并发下性能不好，如何解决？为什么？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/41 原子类和 volatile 有什么异同？.md.html">41 原子类和 volatile 有什么异同？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/42 AtomicInteger 和 synchronized 的异同点？.md.html">42 AtomicInteger 和 synchronized 的异同点？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/43 Java 8 中 Adder 和 Accumulator 有什么区别？.md.html">43 Java 8 中 Adder 和 Accumulator 有什么区别？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/44 ThreadLocal 适合用在哪些实际生产的场景中？.md.html">44 ThreadLocal 适合用在哪些实际生产的场景中？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/45 ThreadLocal 是用来解决共享资源的多线程访问的问题吗？.md.html">45 ThreadLocal 是用来解决共享资源的多线程访问的问题吗？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/46 多个 ThreadLocal 在 Thread 中的 threadlocals 里是怎么存储的？.md.html">46 多个 ThreadLocal 在 Thread 中的 threadlocals 里是怎么存储的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/47 内存泄漏——为何每次用完 ThreadLocal 都要调用 remove()？.md.html">47 内存泄漏——为何每次用完 ThreadLocal 都要调用 remove()？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/48 Callable 和 Runnable 的不同？.md.html">48 Callable 和 Runnable 的不同？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/49 Future 的主要功能是什么？.md.html">49 Future 的主要功能是什么？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/50 使用 Future 有哪些注意点？Future 产生新的线程了吗？.md.html">50 使用 Future 有哪些注意点？Future 产生新的线程了吗？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/51 如何利用 CompletableFuture 实现“旅游平台”问题？.md.html">51 如何利用 CompletableFuture 实现“旅游平台”问题？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/52 信号量能被 FixedThreadPool 替代吗？.md.html">52 信号量能被 FixedThreadPool 替代吗？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/53 CountDownLatch 是如何安排线程执行顺序的？.md.html">53 CountDownLatch 是如何安排线程执行顺序的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/54 CyclicBarrier 和 CountdownLatch 有什么异同？.md.html">54 CyclicBarrier 和 CountdownLatch 有什么异同？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/55 Condition、object.wait() 和 notify() 的关系？.md.html">55 Condition、object.wait() 和 notify() 的关系？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/56 讲一讲什么是 Java 内存模型？.md.html">56 讲一讲什么是 Java 内存模型？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/57 什么是指令重排序？为什么要重排序？.md.html">57 什么是指令重排序？为什么要重排序？</a>
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</li>
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<li>
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<a class="current-tab" href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/58 Java 中的原子操作有哪些注意事项？.md.html">58 Java 中的原子操作有哪些注意事项？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/59 什么是“内存可见性”问题？.md.html">59 什么是“内存可见性”问题？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/60 主内存和工作内存的关系？.md.html">60 主内存和工作内存的关系？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/61 什么是 happens-before 规则？.md.html">61 什么是 happens-before 规则？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/62 volatile 的作用是什么？与 synchronized 有什么异同？.md.html">62 volatile 的作用是什么？与 synchronized 有什么异同？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/63 单例模式的双重检查锁模式为什么必须加 volatile？.md.html">63 单例模式的双重检查锁模式为什么必须加 volatile？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/64 你知道什么是 CAS 吗？.md.html">64 你知道什么是 CAS 吗？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/65 CAS 和乐观锁的关系，什么时候会用到 CAS？.md.html">65 CAS 和乐观锁的关系，什么时候会用到 CAS？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/66 CAS 有什么缺点？.md.html">66 CAS 有什么缺点？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/67 如何写一个必然死锁的例子？.md.html">67 如何写一个必然死锁的例子？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/68 发生死锁必须满足哪 4 个条件？.md.html">68 发生死锁必须满足哪 4 个条件？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/69 如何用命令行和代码定位死锁？.md.html">69 如何用命令行和代码定位死锁？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/70 有哪些解决死锁问题的策略？.md.html">70 有哪些解决死锁问题的策略？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/71 讲一讲经典的哲学家就餐问题.md.html">71 讲一讲经典的哲学家就餐问题</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/72 final 的三种用法是什么？.md.html">72 final 的三种用法是什么？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/73 为什么加了 final 却依然无法拥有“不变性”？.md.html">73 为什么加了 final 却依然无法拥有“不变性”？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/74 为什么 String 被设计为是不可变的？.md.html">74 为什么 String 被设计为是不可变的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/75 为什么需要 AQS？AQS 的作用和重要性是什么？.md.html">75 为什么需要 AQS？AQS 的作用和重要性是什么？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/76 AQS 的内部原理是什么样的？.md.html">76 AQS 的内部原理是什么样的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/77 AQS 在 CountDownLatch 等类中的应用原理是什么？.md.html">77 AQS 在 CountDownLatch 等类中的应用原理是什么？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/78 一份独家的 Java 并发工具图谱.md.html">78 一份独家的 Java 并发工具图谱</a>
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</li>
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<div><h1>58 Java 中的原子操作有哪些注意事项？</h1>
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<p>本课时我们主要讲解 Java 中的原子性和原子操作。</p>
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<h3>什么是原子性和原子操作</h3>
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<p>在编程中，具备原子性的操作被称为原子操作。原子操作是指一系列的操作，要么全部发生，要么全部不发生，不会出现执行一半就终止的情况。</p>
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<p>比如转账行为就是一个原子操作，该过程包含扣除余额、银行系统生成转账记录、对方余额增加等一系列操作。虽然整个过程包含多个操作，但由于这一系列操作被合并成一个原子操作，所以它们要么全部执行成功，要么全部不执行，不会出现执行一半的情况。比如我的余额已经扣除，但是对方的余额却不增加，这种情况是不会出现的，所以说转账行为是具备原子性的。而具有原子性的原子操作，天然具备线程安全的特性。</p>
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<p>下面我们举一个不具备原子性的例子，比如 i++ 这一行代码在 CPU 中执行时，可能会从一行代码变为以下的 3 个指令：</p>
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<ul>
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<li>第一个步骤是读取；</li>
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<li>第二个步骤是增加；</li>
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<li>第三个步骤是保存。</li>
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</ul>
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<p>这就说明 i++ 是不具备原子性的，同时也证明了 i++ 不是线程安全的，正如第 06 课时中所介绍的那样。下面我们简单的复习一下，如何发生的线程不安全问题，如下所示：</p>
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<p><img src="assets/CgpOIF5xzWKAb71oAAA8JO4TxM0494.png" alt="img" /></p>
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<p>我们根据箭头指向依次看，线程 1 首先拿到 i=1 的结果，然后进行 i+1 操作，但假设此时 i+1 的结果还没有来得及被保存下来，线程 1 就被切换走了，于是 CPU 开始执行线程 2，它所做的事情和线程 1 是一样的 i++ 操作，但此时我们想一下，它拿到的 i 是多少？实际上和线程 1 拿到的 i 结果一样，同样是 1，为什么呢？因为线程 1 虽然对 i 进行了 +1 操作，但结果没有保存，所以线程 2 看不到修改后的结果。</p>
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<p>然后假设等线程 2 对 i 进行 +1 操作后，又切换到线程 1，让线程 1 完成未完成的操作，即将 i+1 的结果 2 保存下来，然后又切换到线程 2 完成 i=2 的保存操作，虽然两个线程都执行了对 i 进行 +1 的操作，但结果却最终保存了 i=2，而不是我们期望的 i=3，这样就发生了线程安全问题，导致数据结果错误，这也是最典型的线程安全问题。</p>
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<h3><strong>Java 中的原子操作有哪些</strong></h3>
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<p>在了解了原子操作的特性之后，让我们来看一下 Java 中有哪些操作是具备原子性的。Java 中的以下几种操作是具备原子性的，属于原子操作：</p>
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<ul>
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<li>除了 long 和 double 之外的基本类型（int、byte、boolean、short、char、float）的读/写操作，都天然的具备原子性；</li>
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<li>所有引用 reference 的读/写操作；</li>
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<li>加了 volatile 后，所有变量的读/写操作（包含 long 和 double）。这也就意味着 long 和 double 加了 volatile 关键字之后，对它们的读写操作同样具备原子性；</li>
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<li>在 java.concurrent.Atomic 包中的一部分类的一部分方法是具备原子性的，比如 AtomicInteger 的 incrementAndGet 方法。</li>
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</ul>
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<h3><strong>long 和 double 的原子性</strong></h3>
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<p>在前面，我们讲述了 long 和 double 和其他的基本类型不太一样，好像不具备原子性，这是什么原因造成的呢？ 官方文档对于上述问题的描述，如下所示：</p>
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<p><strong>Non-Atomic Treatment of double and long</strong></p>
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<p>For the purposes of the Java programming language memory model, a single write to a non-volatile long or double value is treated as two separate writes: one to each 32-bit half. This can result in a situation where a thread sees the first 32 bits of a 64-bit value from one write, and the second 32 bits from another write.</p>
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<p>Writes and reads of volatile long and double values are always atomic.</p>
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<p>Writes to and reads of references are always atomic, regardless of whether they are implemented as 32-bit or 64-bit values.</p>
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<p>Some implementations may find it convenient to divide a single write action on a 64-bit long or double value into two write actions on adjacent 32-bit values. For efficiency's sake, this behavior is implementation-specific; an implementation of the Java Virtual Machine is free to perform writes to long and double values atomically or in two parts.</p>
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<p>Implementations of the Java Virtual Machine are encouraged to avoid splitting 64-bit values where possible. Programmers are encouraged to declare shared 64-bit values as volatile or synchronize their programs correctly to avoid possible complications.</p>
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<p>从刚才的 JVM 规范中我们可以知道，long 和 double 的值需要占用 64 位的内存空间，而对于 64 位值的写入，可以分为两个 32 位的操作来进行。</p>
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<p>这样一来，本来是一个整体的赋值操作，就可能被拆分为低 32 位和高 32 位的两个操作。如果在这两个操作之间发生了其他线程对这个值的读操作，就可能会读到一个错误、不完整的值。</p>
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<p>JVM 的开发者可以自由选择是否把 64 位的 long 和 double 的读写操作作为原子操作去实现，并且规范推荐 JVM 将其实现为原子操作。当然，JVM 的开发者也有权利不这么做，这同样是符合规范的。</p>
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<p>规范同样规定，如果使用 volatile 修饰了 long 和 double，那么其读写操作就必须具备原子性了。同时，规范鼓励程序员使用 volatile 关键字对这个问题加以控制，由于规范规定了对于 volatile long 和 volatile double 而言，JVM 必须保证其读写操作的原子性，所以加了 volatile 之后，对于程序员而言，就可以确保程序正确。</p>
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<h3><strong>实际开发中</strong></h3>
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<p>此时，你可能会有疑问，比如，如果之前对于上述问题不是很了解，在开发过程中没有给 long 和 double 加 volatile，好像也没有出现过问题？而且，在以后的开发过程中，是不是必须给 long 和 double 加 volatile 才是安全的？</p>
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<p>其实在实际开发中，读取到“半个变量”的情况非常罕见，这个情况在目前主流的 Java 虚拟机中不会出现。因为 JVM 规范虽然不强制虚拟机把 long 和 double 的变量写操作实现为原子操作，但它其实是“强烈建议”虚拟机去把该操作作为原子操作来实现的。</p>
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<p>而在目前各种平台下的主流虚拟机的实现中，几乎都会把 64 位数据的读写操作作为原子操作来对待，因此我们在编写代码时一般不需要为了避免读到“半个变量”而把 long 和 double 声明为 volatile 的。</p>
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<h3><strong>原子操作</strong> <strong>+</strong> <strong>原子操作</strong> <strong>!=</strong> <strong>原子操作</strong></h3>
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<p>值得注意的是，简单地把原子操作组合在一起，并不能保证整体依然具备原子性。比如连续转账两次的操作行为，显然不能合并当做一个原子操作，虽然每一次转账操作都是具备原子性的，但是将两次转账合为一次的操作，这个组合就不具备原子性了，因为在两次转账之间可能会插入一些其他的操作，例如系统自动扣费等，导致第二次转账失败，而且第二次转账失败并不会影响第一次转账成功。</p>
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<p>以上就是本课时的内容，我们介绍了什么是原子性，Java 中的原子操作有哪些，并且还对 long 和 double 这一具有特殊性的情况进行了详细说明，最后我们还介绍了简单地把原子操作组合在一起，并不能保证整体依然具备原子性。</p>
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