【搞定Java基础】之 i++ 和 ++i 详解

Myth丶恋晨 2022-04-06 05:12 322阅读 0赞

## **目  录：** ##

**一、i++ 和 ++i 的基本概念**

**二、i++ 和 ++i 的实现原理**

**三、i++ 和 ++i 在使用时的一些坑**

3.1、i = i++ 导致的结果“异常”

3.2、多线程并发引发的混乱

--------------------

# 一、i++ 和 ++i 的基本概念 #

在几乎所有的命令式编程语言中，必然都会有 i++ 和 ++i 这种语法。有些语言中 i++ 和 ++i 既可以作为左值又可以作为右值，笔者专门测试了一下，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**。

int i = 0;
    int j1 = i++; // 正确
    int j2 = ++i; // 正确
    i++;          // 正确
    ++i;          // 正确
    
    i++ = 5;      // 编译不通过
    ++i = 5;      // 编译不通过

如下图所示，当 i++ 或者 ++i 作为左值时，编译提醒：左边必须为变量。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

关于i++和++i的区别，稍微有经验的程序员都或多或少都是了解的，为了文章的完整性，本文也通过实例来简单地解释一下。

public static void main(String[] args) {
    		
        int i = 1;
        int j1 = i++;
        System.out.println("j1 = " + j1);  // 1
        System.out.println("i = " + i);    // 2
    }

运行结果：

![20181208115522663.png][]

public static void main(String[] args) {
    		
        int i = 1;
        int j2 = ++i;
        System.out.println("j1 = " + j2);  // 2
        System.out.println("i = " + i);    // 2
    }

运行结果：

![20181208115721146.png][]

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的，指令执行的结果都是 i 变量的值加 1。而对于 j1 和 j2 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）

上面的内容是编程基础，是程序员必须要掌握的知识点。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：

1.  多线程相关知识
2.  Java编译相关知识
3.  JMM（Java内存模型）

本文接下来的主要内容包括：

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

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# 二、i++ 和 ++i 的实现原理 #

接下来让我们深入到编译后的字节码层面上来了解 i++ 和 ++i 的实现原理，为了方便对比，笔者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 testIPlus() {
            int i = 0;
            int j = i++;
        }
    
        public void testPlusI() {
            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（忽略次要代码）如下：

...
    {
      ... 
    
      public void testIPlus();
        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=1）
             6: 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=0）
             7: return                 // 返回时：i=1，j=0
          LineNumberTable:
            line 4: 0
            line 5: 2
            line 6: 7
    
      public void testPlusI();
        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=1）
             5: 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=1）
             7: return                  // 返回时：i=1，j=1
          LineNumberTable:
            line 9: 0
            line 10: 2
            line 11: 7
    }
    ...

可以从上面的字节码文件看出，造成结果不同的原因就是：“1号存储单元的值加1的操作”和“将1号存储单元的值加载到数据栈”的先后顺序造成的。如果前者在后者之前，则结果就是1，反之则为0。

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# 三、i++ 和 ++i 在使用时的一些坑 #

i++ 和 ++i 在一些特殊场景下可能会产生意想不到的结果，本节介绍两种会导致结果混乱的使用场景，并剖析其原因。

## 3.1、i = i++ 导致的结果“异常” ##

【案例1：】首先来看一下下面代码执行后的结果。

public static void main(String[] args) {
    		
        int i = 0;
        i = i++;
        System.out.println("i = " + i);   // 0
    }

运行结果：

![20181208121743322.png][]

正常来讲，执行的结果应该是**：`i = 1，实际结果却是：i = 0，这多少会让人有些诧异。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=0）
    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=1）
    6: 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=0）
    7: 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。

实际上：i++ 有中间缓存变量,，i = i++ 等价于

temp = i;
    i = i + 1;
    i = temp;

所以 i 不变, 依然是0。

【案例2：】下面用上面这个例子来对比下这个案例：

和上面上面的两端代码中唯一的差别就是 i++ 的结果有没有赋值给 i ，但是输出的 i 的结果一个加了1，而1个没有加。这是为什么呢？

public static void main(String[] args) {
    		
        int i = 0;
        i++;
        System.out.println("i = " + i);   // 1
    }

运行结果：

![20181208130741101.png][]

我们看下编译的字节码文件：

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=0）
    2: iinc          1, 1    // 1号存储单元的值+1（此时 i=1）
    5: getstatic     #2                  
    8: new           #3                  
    11: dup
    12: invokespecial #4                  
    15: ldc           #5                  
    17: invokevirtual #6                  
    20: iload_1
    21: invokevirtual #7                  
    24: invokevirtual #8                  
    27: invokevirtual #9                  
    30: return

**`【案例3：】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：

public static void main(String[] args) {
    		
        int i = 0;
        i = ++i;  // IDE抛出【The assignment to variable i has no effect】警告
        System.out.println("i = " + i);   // 1
    }

IDE抛出【The assignment to variable i has no effect】警告：

![20181208122411652.png][]

运行结果：

![20181208122529503.png][]

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`**。

## 3.2、多线程并发引发的混乱 ##

先来看看之前博客中的**[一个例子][Link 1]**，例子中展示了在多线程环境下由 i++ 操作引起的数据混乱。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：

> 1、取数     int  temp = i;
> 
> 2、累加     i = i + 1;
> 
> 3、存储     i = temp;

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。因为 volatile 不能保证变量状态的“原子性操作”。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J.U.C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.getAndIncrement() 就对应着 i++ 语句，不过它是原子性操作。

本文转发自：[http://hinylover.space/2017/07/30/java-i-self-increament/][http_hinylover.space_2017_07_30_java-i-self-increament]

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[Link 1]: http://hinylover.space/2016/09/17/relearn-java-thread/#%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E5%90%8C%E6%AD%A5
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