深入理解Java中的i++和++i语句

在很多高级编程语言中,都会有i++和++i这种语法。例如在Java语言中,这两条语句都只能作为右值,而不能作为左值。同时,它们都可以作为独立的一条指令执行。下面用示例来讲解一下这两条语句。

int i = 0;
int j = i++; // 正确
int k = ++i; // 正确
i++; // 正确
++i; // 正确

i++ = 3; // 编译不通过
++i = 3; // 编译不通过

关于i++和++i的区别,大家应该都是有所了解的,本文将通过实例来简单地解释一下。

{
    
    
    int i = 1;
    int j = i++;
    System.out.println("j=" + j1); // 输出 j=1
    System.out.println("i=" + i); // 输出 i=2
}

{
    
    
    int i = 1;
    int j = ++i;
    System.out.println("j=" + 2); // 输出 2=2
    System.out.println("i=" + i); // 输出 i=2
}

上面的例子中可以看到,无论是i++和++i指令,对于i变量本身来说是没有任何区别,指令执行的结果都是i变量的值加1。而对于 j 来说,这就是区别所在

int i = 1;
int j1 = i++; // 先将i的原始值(1)赋值给变量j1(1),然后i变量的值加1
int j1 = ++i; // 先将i变量的值加1,然后将i的当前值(2)赋值给变量j1(2)

本文将在此基础上更加深入地研究其实现原理和陷阱,也有一定的深度。在读本文之前,您应该了解:

  • 多线程相关知识
  • Java编译相关知识
  • JMM(Java内存模型)

本文接下来的主要内容包括:

  • Java中i++和++i的实现原理
  • -在使用i++和++i时可能会遇到的一些“坑”

i++和++i的底层实现原理

为了了解i++和++i的实现原理,方便对比,我将这两个指令分别放在2个不同的方法中执行,源代码如下:

public class Test {
    
    

    public void testIPlusPlus() {
    
    
        int i = 0;
        int j = i++;
    }

    public void testPlusPlusI() {
    
    
        int i = 0;
        int j = ++i;
    }

}

将上面的源代码编译之后,使用javap命令查看编译生成的代码,主要代码如下:

...
{
    
    
  ... 

  public void testIPlusPlus();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: iconst_0               // 生成整数0
         1: istore_1               // 将整数0赋值给1号存储单元(即变量i)
         2: iload_1                // 将1号存储单元的值加载到数据栈(此时 i=0,栈顶值为0)
         3: iinc          1, 1     // 1号存储单元的值+1(此时 i=16: istore_2               // 将数据栈顶的值(0)取出来赋值给2号存储单元(即变量j,此时i=1,j=07: return                 // 返回时:i=1,j=0
      LineNumberTable:
        line 4: 0
        line 5: 2
        line 6: 7

  public void testPlusPlusI();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: iconst_0                // 生成整数0
         1: istore_1                // 将整数0赋值给1号存储单元(即变量i)
         2: iinc          1, 1      // 1号存储单元的值+1(此时 i=15: iload_1                 // 将1号存储单元的值加载到数据栈(此时 i=1,栈顶值为1)
         6: istore_2                // 将数据栈顶的值(1)取出来赋值给2号存储单元(即变量j,此时i=1,j=17: return                  // 返回时:i=1,j=1
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 10: 2
        line 11: 7
}
...

i++和++i在使用时存在的一些坑

i = i++的导致的结果“异常”

int i = 0;
i = i++;
System.out.println("i=" + i); // 输出结果 i=0 

正常来说执行的结果应该是:i=1,实际结果却是:i=0,这多少会让人有些不明所以。为什么会出现这种情况呢?我们来从编码后的代码中找答案。上面的代码编译后的核心代码如下:

0: iconst_0                          // 生成整数0
1: istore_1                          // 将整数0赋值给1号存储单元(即变量i,i=02: iload_1                           // 将1号存储单元的值加载到数据栈(此时 i=0,栈顶值为0)
3: iinc          1, 1                // 1号存储单元的值+1(此时 i=16: istore_1                          // 将数据栈顶的值(0)取出来赋值给1号存储单元(即变量i,此时i=07: getstatic     #16                 // 下面是打印到控制台指令
10: new           #22               
13: dup
14: ldc           #24                 
16: invokespecial #26                 
19: iload_1
20: invokevirtual #29                
23: invokevirtual #33                 
26: invokevirtual #37                 
29: return

从编码指令可以看出,i被栈顶值所覆盖,导致最终i的值仍然是i的初始值。无论重复多少次i = i++操作,最终i的值都是其初始值。

i++会产生这样的结果,那么++i又会是怎样呢?同样的代码顺序,将i++替换成++i如下:

int i = 0;
i = ++i; // IDE抛出【The assignment to variable i has no effect】警告

System.out.println("i=" + i); // 输出i=1

可以看到,使用++i时出现了“正确”的结果,同时Eclipse IDE中抛出【The assignment to variable i has no effect】警告,警告的意思是将值赋给变量i毫无作用,并不会改变i的值。也就是说:i = ++i等价于++i。

多线程并发引发的混乱

引发混乱的原因是:++i操作不是原子操作。

虽然在Java中++i是一条语句,字节码层面上也是对应iinc这条JVM指令,但是从最底层的CPU层面上来说,++i操作大致可以分解为以下3个指令:

取数
累加
存储

虽然说其中的一条指令可以保证是原子操作,但是3条指令合在一起却不是,这就导致了++i语句不是原子操作。

如果变量i用volatile修饰是否可以保证++i是原子操作呢,实际上这也是不行的。如果要保证累加操作的原子性,可以采取下面的方法:

  1. 将++i置于同步块中,可以是synchronized或者JUC中的排他锁(如ReentrantLock等)。
  2. 使用原子性(Atomic)类替换++i,具体使用哪个类由变量类型决定。如果i是整形,则使用AtomicInteger类,其中的AtomicInteger#addAndGet()就对应着++i语句,不过它是原子性操作。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/weixin_44388689/article/details/120330685