Java并发包中主要基于两个基础来构建的，一个是锁，一个是CAS操作。
- 原子变量提供了与volatile类型变量相同的内存语义，此外还支持原子性操作。从JDK1.5开始，提供了
java.util.concurrent.atomic包，这个包中的原子操作提供了一种用法简单，性能高效，线程安全的更新一个变量的方式。原子类采用非阻塞算法CAS实现
- 非阻塞算法可以使多个线程在竞争相同的数据时不会发生阻塞。独占锁可以看做是一种悲观锁，它假设只要有线程进入就会导致错误，因此只在确保无其它线程进入的时候才进行操作；非阻塞算法，则只关心结果，如果结果错误了，那么重新再来，对于错误选择原谅，而不是想进办法防止其它线程进入，使用非阻塞算法无需关心其它线程。
Java中对非阻塞算法的支持是java.util.concurrent.atomic包中的原子类。
原子类划分
基本类型：AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong
数组： AtomicIntegerArray,AtomicLongArray,AtomicRefernceArray
引用类型：AtomicReference, AtomicReferenceFieldUpdater,AtomicMarkableReference
字段类：AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicLongFieldUpdater,AtomicStampedReference
CAS算法
原子类的操作本质上都是CAS算法的实现。
CAS算法过程：
CAS包含了3个操作数，需要读写的内存位置V，进行比较的值E(exists)，和要写入的值N(new)。
当且仅当V的值等于E的值的时候，才会把V的值设置成N。最后CAS返回V的真实值。
原子类案例
原子类是一种更好的volatile变量，之前我们保证同步的措施是使用加锁的机制，无需加锁，也可以做到。
原子类的核心API实现
基本上所有原子类都有这些API，它们的操作也都是利用这些API实现的。而这些API又都是利用Unsafe类来实现的。
如果我们直接实例化Unsafe类，系统会报SecurityException异常，平时开发中也不建议使用Unsafe类来做各种操作，但是有关Unsafe类的一些用法可以了解下。
Unsafe类可以直接操作内存层面上的数据。
compareAndSet(V,E,N)
//在对象var1变量上，var2为地址，var4期望的值，var5位要设置的新值。
public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);
原子类基本类型案例
// 计数器案例
public class IntegerDemo implements Runnable{
static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
static int THREAD_COUNT = 100;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
// CAS自增语句
count.incrementAndGet();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
IntegerDemo demo = new IntegerDemo();
Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i] = new Thread(demo);
threads[i].start();
}
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i].join();
}
System.out.println(count.get());
}
}
//可以看到每次结果都是: 10000
这段代码中重要的是原子类的incrementAndGet方法，看一下内部实现。
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
// 不断循环，以确保值正确
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
原子引用类型案例
关于AtomicRefernce的使用
public class ReferenceDemo {
private static AtomicReference<Integer> count = new AtomicReference<>(0);
public static void main(String[] args) {
count.compareAndSet(0, 2); // 2
count.compareAndSet(0, 1); // no
count.compareAndSet(1, 3); // no
count.compareAndSet(2, 4); // 4
count.compareAndSet(3, 5); // no
System.out.println(count.get());
}
}
//运行结果得4
//通过CAS算法，修改对象成员变量的值
// 要求成员变量是非静态类型变量最好是volatile修饰的
public class ReferenceFiledUpdaterDemo {
private static AtomicIntegerFieldUpdater<ReferenceFiledUpdaterDemo> updater =
AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(ReferenceFiledUpdaterDemo.class, "count");
@Getter
public volatile int count = 100;
public static void main(String[] args) {
ReferenceFiledUpdaterDemo demo = new ReferenceFiledUpdaterDemo();
if (updater.compareAndSet(demo, 100, 120)) {
System.out.println(("update success 1 :" + demo.getCount()));
}
if (updater.compareAndSet(demo, 100, 120)) {
System.out.println(("update success 2 :" + demo.getCount()));
} else {
System.out.println(("update failed :" + demo.getCount()));
}
}
}
//运行结果
update success :120
update failed, {} :120
AtomicReference无法解决ABA问题，所谓ABA问题，对象在某一段时间内被写入了两次，首先修改为其它的值，然后又修改回原来的值，而另外一个线程再去读的时候值并没有变化，如何知道对象是否被修改过呢？
JDK中引入了AtomicStampedReference，它维护了一个时间戳，更新数据的时候还要更新时间戳，当对象值，及时间戳都满足期望值的时候才能写入成功。
原子类数组案例
AtomicArray的核心API
public class AtomicArrayDemo {
static AtomicIntegerArray arr = new AtomicIntegerArray(10);
public static class SubThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
arr.getAndDecrement( i % arr.length() );
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Runnable demo = new SubThread();
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
service.submit(demo);
}
service.shutdown();
System.out.println(arr);
}
}
//运行结果
[-1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000]
三种原子性机制对比
最后
这次主要对原子类相关的内容做了简单的说明，需要明白原子类的用法以及Unsafe类的一些事项。
参考
