多线程中的 AtomicInteger

Question

我想找出从 0 到 1000000 的所有质数。为此我写了这个愚蠢的方法：

public static boolean isPrime(int n) {
    for(int i = 2; i < n; i++) {
        if (n % i == 0)
            return false;
    }
    return true;
}

这对我有好处，不需要任何编辑。 比我写了以下代码：

private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
private static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
private static AtomicInteger numbers = new AtomicInteger(0);

public static void main(String args[]) {
    long start = System.currentTimeMillis();
    while (numbers.get() < 1000000) {
        final int number = numbers.getAndIncrement();  // (1) - fast
        executor.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
  //               int number = numbers.getAndIncrement(); // (2) - slow
                if (Main.isPrime(number)) {
                    System.out.println("Ts: " + new Date().getTime() + " " + Thread.currentThread() + ": " + number + " is prime!");
                    counter.incrementAndGet();
                }
            }
        });
    }
    executor.shutdown();
    try {
        executor.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.NANOSECONDS);
        System.out.println("Primes: " + counter);
        System.out.println("Delay: " + (System.currentTimeMillis() - start));
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

请注意 (1) 和 (2) 标记的行。 当 (1) 启用时，程序运行得很快，但当 (2) 启用时，它运行得更慢。

输出显示具有大延迟的小部分

Ts: 1480489699692 Thread[pool-1-thread-9,5,main]: 350431 is prime!
Ts: 1480489699692 Thread[pool-1-thread-6,5,main]: 350411 is prime!
Ts: 1480489699692 Thread[pool-1-thread-4,5,main]: 350281 is prime!
Ts: 1480489699692 Thread[pool-1-thread-5,5,main]: 350257 is prime!
Ts: 1480489699693 Thread[pool-1-thread-7,5,main]: 350447 is prime!
Ts: 1480489711996 Thread[pool-1-thread-6,5,main]: 350503 is prime!

和线程得到同等number价值：

 Ts: 1480489771083 Thread[pool-1-thread-8,5,main]: 384733 is prime!
 Ts: 1480489712745 Thread[pool-1-thread-6,5,main]: 384733 is prime!

请解释为什么选项 (2) 更慢，为什么尽管 AtomicInteger 多线程安全，线程仍然获得相同的 number 值？

Answer 1

在 (2) 情况下，多达 11 个线程（来自ExecutorService的 10 个线程加上主线程）正在竞争对AtomicInteger访问，而在情况 (1) 中，只有主线程才能访问它。 事实上，对于情况 (1)，您可以使用int而不是AtomicInteger 。

AtomicInteger类使用CAS寄存器。 它通过读取值，执行增量，然后将值与寄存器中的值交换（如果它仍然具有最初读取的相同值（比较和交换））来完成此操作。 如果另一个线程改变了它重新开始的值：读取 - 增量 - 比较和交换，直到它成功。

优点是这是无锁的，因此可能比使用锁更快。 但它在激烈的竞争下表现不佳。 更多的争用意味着更多的重试。

编辑

正如@teppic 指出的那样，另一个问题使案例 (2) 比案例 (1) 慢。 随着发布的作业中数字的增加，循环条件保持为真的时间比所需的时间长得多。 当 executor 的所有 10 个线程都在忙着确定它们给定的数字是否是素数时，主线程不断向 executor 发布新作业。 这些新工作在前面的工作完成之前没有机会增加数字。 因此，当它们在队列中时， numbers不会增加，并且主线程可以同时完成一个或多个循环，发布新作业。 最终结果是，可以创建和发布的工作岗位比所需的 1000000 个岗位多得多。

Answer 2

你的外循环是： while (numbers.get() < 1000000)

这允许您继续向主线程中的 ExecutorService 提交比预期更多的 Runnable。

您可以尝试将循环更改为： for(int i=0; i < 1000000; i++)

（正如其他人提到的，您显然增加了争用数量，但我怀疑额外的工作线程是您所看到的减速的更大因素。）

至于你的第二个问题，我很确定两个子线程看到相同的getAndIncrement值是违反AtomicInteger的约定的。 因此，我在您的代码示例中没有看到的其他事情一定会发生。 可能是您看到了程序两次单独运行的输出？

Answer 3

请解释为什么选项 (2) 更慢？

仅仅是因为您在run() 。 因此，多个线程将尝试同时执行此操作，因此会有wait s 和release s。 Bowmore 给出了一个低层次的解释。

在（1）中它是顺序的。 所以不会出现这样的情况。

尽管 AtomicInteger 多线程安全，为什么线程获得相同的 number 值？

我不认为有任何可能发生这种情况。 如果有这种情况，它应该从 0 发生。

Answer 4

您在这里错过了两个要点：AtomicInteger 的用途以及多线程一般如何工作。
关于为什么选项 2 较慢，@bowmore 已经提供了一个很好的答案。
现在关于打印相同的数字两次。 AtomicInteger 就像任何其他对象一样。 您启动线程，它们会检查此对象的值。 由于它们与您的主线程竞争，这会增加计数器，因此两个子线程仍可能看到相同的值。 我会向每个 Runnable 传递一个 int 以避免这种情况。