前言

Java提供的原子類是靠 sun 基于 CAS 實(shí)現(xiàn)的，CAS 是一種樂觀鎖。

原子變量類相當(dāng)于一種泛化的 volatile 變量，能夠支持原子的和有條件的讀-改-寫操作。AtomicInteger 表示一個int類型的值，并提供了 get 和 set 方法，這些 Volatile 類型的int變量在讀取和寫入上有著相同的內(nèi)存語義。它還提供了一個原子的 compareAndSet 方法（如果該方法成功執(zhí)行，那么將實(shí)現(xiàn)與讀取/寫入一個 volatile 變量相同的內(nèi)存效果），以及原子的添加、遞增和遞減等方法。AtomicInteger 表面上非常像一個擴(kuò)展的 Counter 類，但在發(fā)生競爭的情況下能提供更高的可伸縮性，因?yàn)樗苯永昧擞布Σl(fā)的支持。

AtomicInteger的實(shí)現(xiàn)

AtomicInteger 是一個支持原子操作的 Integer 類，就是保證對 AtomicInteger 類型變量的增加和減少操作是原子性的，不會出現(xiàn)多個線程下的數(shù)據(jù)不一致問題。如果不使用 AtomicInteger，要實(shí)現(xiàn)一個按順序獲取的 ID，就必須在每次獲取時進(jìn)行加鎖操作，以避免出現(xiàn)并發(fā)時獲取到同樣的 ID 的現(xiàn)象。

接下來通過源代碼來看 AtomicInteger 具體是如何實(shí)現(xiàn)的原子操作。

首先看 value 的聲明：

private volatile int value;

volatile 修飾的 value 變量，保證了變量的可見性。

incrementAndGet() 方法，下面是具體的代碼：

public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

通過源碼，可以知道，這個方法的做法為先獲取到當(dāng)前的 value 屬性值，然后將 value 加 1，賦值給一個局部的 next 變量，然而，這兩步都是非線程安全的，但是內(nèi)部有一個死循環(huán)，不斷去做 compareAndSet 操作，直到成功為止，也就是修改的根本在 compareAndSet 方法里面，compareAndSet()方法的代碼如下：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

compareAndSet()方法調(diào)用的compareAndSwapInt()方法的聲明如下，是一個native方法。

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, intvar5);

compareAndSet 傳入的為執(zhí)行方法時獲取到的 value 屬性值，next 為加 1 后的值， compareAndSet 所做的為調(diào)用 Sun 的 UnSafe 的 compareAndSwapInt 方法來完成，此方法為 native 方法，compareAndSwapInt 基于的是 CPU 的 CAS 指令來實(shí)現(xiàn)的。所以基于 CAS 的操作可認(rèn)為是無阻塞的，一個線程的失敗或掛起不會引起其它線程也失敗或掛起。并且由于 CAS 操作是 CPU 原語，所以性能比較好。

類似的，還有 decrementAndGet() 方法。它和 incrementAndGet() 的區(qū)別是將 value 減 1，賦值給next 變量。

AtomicInteger 中還有 getAndIncrement() 和 getAndDecrement() 方法，他們的實(shí)現(xiàn)原理和上面的兩個方法完全相同，區(qū)別是返回值不同，前兩個方法返回的是改變之后的值，即 next。而這兩個方法返回的是改變之前的值，即 current。還有很多的其他方法，就不列舉了。

CAS算法

CAS（Compare-And-Swap）算法保證數(shù)據(jù)操作的原子性。

CAS 算法是硬件對于并發(fā)操作共享數(shù)據(jù)的支持。

CAS 包含了三個操作數(shù)：

• 內(nèi)存值 V
• 預(yù)估值 A
• 更新值 B

當(dāng)且僅當(dāng) V == A 時，V 將被賦值為 B，否則循環(huán)著不斷進(jìn)行判斷 V 與 A 是否相等。

關(guān)于樂觀鎖與悲觀鎖

樂觀鎖(Optimistic Lock), 顧名思義，就是很樂觀，每次去拿數(shù)據(jù)的時候都認(rèn)為別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數(shù)據(jù)，可以使用版本號等機(jī)制。樂觀鎖適用于多讀的應(yīng)用類型，這樣可以提高吞吐量，像數(shù)據(jù)庫如果提供類似于write_condition機(jī)制的其實(shí)都是提供的樂觀鎖。

CAS便是樂觀鎖技術(shù)，當(dāng)多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，并可以再次嘗試。

CAS有3個操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值A(chǔ)，要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做。

悲觀鎖(Pessimistic Lock), 顧名思義，就是很悲觀，每次去拿數(shù)據(jù)的時候都認(rèn)為別人會修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時候都會上鎖，這樣別人想拿這個數(shù)據(jù)就會block直到它拿到鎖。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫里邊就用到了很多這種鎖機(jī)制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫鎖等，都是在做操作之前先上鎖。

比如說synchronized就是一種獨(dú)占鎖，他假設(shè)最壞的情況，并且只有在確保其它線程不會造成干擾的情況下執(zhí)行，會導(dǎo)致其它所有需要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。

缺點(diǎn)：

由于在進(jìn)程掛起和恢復(fù)執(zhí)行過程中存在著很大的開銷。當(dāng)一個線程正在等待鎖時，它不能做任何事。舉個栗子，如果一個線程需要某個資源，但是這個資源的占用時間很短，當(dāng)線程第一次搶占這個資源時，可能這個資源被占用，如果此時掛起這個線程，可能立刻就發(fā)現(xiàn)資源可用，然后又需要花費(fèi)很長的時間重新?lián)屨兼i，時間代價就會非常的高。

到此這篇關(guān)于Java多線程之原子類解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java原子類內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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