同步块可以比原子更快吗？

Question

假设以下两种计数器实现：

class Counter {
  private final AtomicInteger atomic = new AtomicInteger(0);
  private int i = 0;

  public void incrementAtomic() {
    atomic.incrementAndGet();
  }

  public synchronized void increment() {
    i++;
  }
}

乍一看，原子应该更快、更具可扩展性。我相信他们是的。但是它们始终比同步块快吗？或者当该规则被打破时，存在某些情况（例如SMP/单CPU机器、不同的CPU ISA、操作系统等）？

Answer 1

它依赖于实现——因此最终需要在特定的平台/JVM/配置上进行基准测试。

话虽如此，出于以下原因，原子组学应始终更快：

• 原子的设计使JVM可以利用原子机器指令，这是大多数平台上最快的原子操作
• synchronized使用了相对较重的锁定方案和监视器对象，旨在保护潜在的大块代码。这种形式的锁定本质上比原子操作更复杂，因此您可能期望它具有更高的运行时成本

Answer 2

或者违反此规则时存在某些情况（例如SMP/单CPU机器、不同的CPU ISA、OS'es等）？

我不知道。（如果有人知道一个具体的反例，我随时准备被纠正。）

然而（这是我的主要观点）没有理论上的理由可以解释为什么您不能拥有硬件架构或实现不佳的JVM，其中同步的速度与原子类型相同或更快。（这两种同步形式的相对速度是一个实现问题，因此只能针对现有实现进行量化。）

当然，这并不意味着你永远不应该使用synchronized。同步结构有许多原子类没有解决的用例。

Answer 3

增量AndGet很可能被实现为CAS循环。对于n个线程，在可能导致n-1个线程失败导致O（n）问题的高度满足的情况下。

（对于@Geek：

通常getAnd增量可以实现如下内容：

 int old;
 do {
     old = value;
 } while (!compareAndSet(value, old, old+1));
 return old;

想象一下，你有n个线程在同一个原子上执行这段代码，它们碰巧是步调一致的。第一次迭代kn起作用。只有一个CAS会成功。其他n-1个线程会重复这个练习，直到只剩下一个。所以总的工作是O（n^2）（最坏的情况）而不是O（n）。）

话虽如此，获得一个锁最多需要做一些类似的事情，而锁在激烈竞争时并不处于最佳状态。在使用CAS循环之前，您不太可能看到锁的优势，因为CAS循环需要在get和compareAndSwap之前进行大量计算。