Java并發(fā)編程之原子操作類(lèi)詳情
JUC包提供了一系列的原子性操作類(lèi),這些類(lèi)都是使用非阻塞算法CAS實(shí)現(xiàn)的,相比使用鎖實(shí)現(xiàn)原子性操作者在性能上有很大提升。JUC包中含有AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean,它們的原理類(lèi)似。下面我們以AtomicLong
為例來(lái)講解。
我們先來(lái)看一下部分源碼:
public class AtomicLong extends Number implements java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 1927816293512124184L; //1.獲取Unsafe類(lèi)實(shí)例 private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); //2.存放value的偏移量 private static final long valueOffset; static final boolean VM_SUPPORTS_LONG_CAS = VMSupportsCS8(); //3.用于判斷是否支持Long類(lèi)型無(wú)鎖CAS private static native boolean VMSupportsCS8(); static { try { //4.獲取value在AtomicLong中的偏移量 valueOffset = unsafe.objectFieldOffset (AtomicLong.class.getDeclaredField("value")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } } //5.實(shí)際變量值 private volatile long value; /** * Creates a new AtomicLong with the given initial value. * * @param initialValue the initial value */ public AtomicLong(long initialValue) { value = initialValue; } ············省略部分代碼············· }
上面代碼中,代碼1處通過(guò)Unsafe.getUnsafe()獲取到Unsafe類(lèi)的實(shí)例(因?yàn)锳tomicLong類(lèi)是在rt.jar包下面的,AtomicLong類(lèi)就是通過(guò)Bootstarp類(lèi)加載器進(jìn)行加載的)。代碼5處,value被聲明為volatile類(lèi)型,保證內(nèi)存的可見(jiàn)性。通過(guò)代碼2,4獲取value變量在AtomicLong類(lèi)中的偏移量。
接下來(lái)介紹一下AtomicLong中的主要函數(shù):
- 遞增和遞減代碼
//調(diào)用unsafe方法,設(shè)置value=value+1后,返回原始的值 public final long getAndIncrement() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L); } //調(diào)用unsafe方法,設(shè)置value=value-1后,返回原始的值 public final long getAndDecrement() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, -1L); } //調(diào)用unsafe方法,設(shè)置value=value+1后,返回遞增后的值 public final long incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L) + 1L; } //調(diào)用unsafe方法,設(shè)置value=value-1后,返回遞減后的值 public final long decrementAndGet() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, -1L) - 1L; }
上面的四個(gè)函數(shù)內(nèi)部都是通過(guò)調(diào)用Unsafe的getAndAddLong方法來(lái)實(shí)現(xiàn)操作,這個(gè)函數(shù)是個(gè)原子性操作,這里第一個(gè)參數(shù)是AtomicLong實(shí)例的引用的,第二個(gè)參數(shù)是value變量在AtomicLong的偏移值,第三個(gè)參數(shù)是要設(shè)置的第二個(gè)變量的值。
其中g(shù)etAndIncrement()方法在JDK7中實(shí)現(xiàn)邏輯為:
public final long getAndIncrement() { while(true) { long current = get(); long next = current + 1; if (compareAndSet(current, next)) return current; } }
如上代碼中,每個(gè)線程是先拿到變量的當(dāng)前值(由于value是volatile變量,所以這是獲取的最新值),然后在工作內(nèi)存中對(duì)其進(jìn)行增1操作,而后使用CAS修改變量的值,如果設(shè)置失敗,則循環(huán)繼續(xù)嘗試,直到設(shè)置成功。
JDK8中的邏輯為:
public final long getAndIncrement() { retrturn unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L); }
其中JDK8中的unsafe.getAndAddLong的代碼為:
public final long getAndAddLong(Object var1, long var2, long var4) { long var6; do { var6 = this.getLongVolatile(var1, var2); } while(!this.compareAndSwapLong(var1, var2, var6, var6 + var4)); return var6; }
從中可以看到,JDK7中的AtomicLong中循環(huán)邏輯已經(jīng)被JDK8中的原子操作類(lèi)Unsafe內(nèi)置了。
- boolean compareAndSet(long expect,long update)
public final boolean compareAndSet(long expect,long update) { return unsafe.compareAndSwapLong(this, valueOffset, expect, update); }
函數(shù)在內(nèi)部調(diào)用了unsafe.compareAndSwapLong方法。如果原子變量中的value值等于expect,則使用update值更新該值并返回true,否則返回false。
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