深入理解Java中的i++、++i语句

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。在编程启蒙教材《C语言程序设计》一书中，也专门解释了这两条语句的区别。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

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。

{int i = 1;int j1 = i++;System.out.println("j1=" + j1); // 输出 j1=1System.out.println("i=" + i); // 输出 i=2
}{int i = 1;int j2 = ++i;System.out.println("j2=" + j2); // 输出 j2=2System.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：

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: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=3, args_size=10: iconst_0               // 生成整数01: 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=0LineNumberTable:line 4: 0line 5: 2line 6: 7public void testPlusI();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=3, args_size=10: iconst_0                // 生成整数01: 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=1LineNumberTable:line 9: 0line 10: 2line 11: 7
}
...

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。

i = i++的导致的结果“异常”

首先来看一下下面代码执行后的结果。

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

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                // 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。

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

先来看看之前博客中的一个例子，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：

取数
累加
存储

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。至于原因，以后会专门写文章介绍volatile等关键词的意义。如果要保证累加操作的原子性，可以采取下面的方法：

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）。
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。

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