Java并發(fā)編程包中atomic的實現原理示例詳解
線程安全:
當多個線程訪問某個類時,不管運行時環(huán)境采用何種調度方式或者這些進程將如何交替執(zhí)行,并且在主調代碼中不需要任何額外的同步或協調,這個類都能表現出正確的行為,那么就稱這個類時線程安全的。
線程安全主要體現在以下三個方面:
原子性:提供了互斥訪問,同一時刻只能有一個線程對它進行操作
可見性:一個線程對主內存的修改可以及時的被其他線程觀察到
有序性:一個線程觀察其他線程中的指令執(zhí)行順序,由于指令重排序的存在,該觀察結果一般雜亂無序
引子
在多線程的場景中,我們需要保證數據安全,就會考慮同步的方案,通常會使用synchronized或者lock來處理,使用了synchronized意味著內核態(tài)的一次切換。這是一個很重的操作。
有沒有一種方式,可以比較便利的實現一些簡單的數據同步,比如計數器等等。concurrent包下的atomic提供我們這么一種輕量級的數據同步的選擇。
使用例子
import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class App { public static void main(String[] args) throws Exception { CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100); AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0); for (int i = 0; i < 100; i++) { new Thread() { @Override public void run() { atomicInteger.getAndIncrement(); countDownLatch.countDown(); } }.start(); } countDownLatch.await(); System.out.println(atomicInteger.get()); } }
在以上代碼中,使用AtomicInteger聲明了一個全局變量,并且在多線程中進行自增,代碼中并沒有進行顯示的加鎖。
以上代碼的輸出結果,永遠都是100。如果將AtomicInteger換成Integer,打印結果基本都是小于100。
也就說明AtomicInteger聲明的變量,在多線程場景中的自增操作是可以保證線程安全的。接下來我們分析下其原理。
原理
我們可以看一下AtomicInteger的代碼
他的值是存在一個volatile的int里面。volatile只能保證這個變量的可見性。不能保證他的原子性。
可以看看getAndIncrement這個類似i++的函數,可以發(fā)現,是調用了UnSafe中的getAndAddInt。
UnSafe是何方神圣?UnSafe提供了java可以直接操作底層的能力。
進一步,我們可以發(fā)現實現方式:
如何保證原子性:自旋 + CAS(樂觀鎖)。在這個過程中,通過compareAndSwapInt比較更新value值,如果更新失敗,重新獲取舊值,然后更新。
優(yōu)缺點
CAS相對于其他鎖,不會進行內核態(tài)操作,有著一些性能的提升。但同時引入自旋,當鎖競爭較大的時候,自旋次數會增多。cpu資源會消耗很高。
換句話說,CAS+自旋適合使用在低并發(fā)有同步數據的應用場景。
Java 8做出的改進和努力
在Java 8中引入了4個新的計數器類型,LongAdder、LongAccumulator、DoubleAdder、DoubleAccumulator。他們都是繼承于Striped64。
在LongAdder 與AtomicLong有什么區(qū)別?
Atomic*遇到的問題是,只能運用于低并發(fā)場景。因此LongAddr在這基礎上引入了分段鎖的概念。可以參考《JDK8系列之LongAdder解析》一起看看做了什么。
大概就是當競爭不激烈的時候,所有線程都是通過CAS對同一個變量(Base)進行修改,當競爭激烈的時候,會將根據當前線程哈希到對于Cell上進行修改(多段鎖)。
可以看到大概實現原理是:通過CAS樂觀鎖保證原子性,通過自旋保證當次修改的最終修改成功,通過降低鎖粒度(多段鎖)增加并發(fā)性能。
總結
以上就是這篇文章的全部內容了,希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,如果有疑問大家可以留言交流,謝謝大家對腳本之家的支持。