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Java并發(fā)編程包中atomic的實(shí)現(xiàn)原理示例詳解

更新時(shí)間：2018年09月13日 15:41:45 作者：林灣村龍貓

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java并發(fā)編程包中atomic的實(shí)現(xiàn)原理，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

線程安全：

當(dāng)多個(gè)線程訪問某個(gè)類時(shí)，不管運(yùn)行時(shí)環(huán)境采用何種調(diào)度方式或者這些進(jìn)程將如何交替執(zhí)行，并且在主調(diào)代碼中不需要任何額外的同步或協(xié)調(diào)，這個(gè)類都能表現(xiàn)出正確的行為，那么就稱這個(gè)類時(shí)線程安全的。

線程安全主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

原子性：提供了互斥訪問，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程對(duì)它進(jìn)行操作

可見性：一個(gè)線程對(duì)主內(nèi)存的修改可以及時(shí)的被其他線程觀察到

有序性：一個(gè)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(jié)果一般雜亂無序

引子

在多線程的場(chǎng)景中，我們需要保證數(shù)據(jù)安全，就會(huì)考慮同步的方案，通常會(huì)使用synchronized或者lock來處理，使用了synchronized意味著內(nèi)核態(tài)的一次切換。這是一個(gè)很重的操作。

有沒有一種方式，可以比較便利的實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)同步，比如計(jì)數(shù)器等等。concurrent包下的atomic提供我們這么一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)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(gè)全局變量，并且在多線程中進(jìn)行自增，代碼中并沒有進(jìn)行顯示的加鎖。

以上代碼的輸出結(jié)果，永遠(yuǎn)都是100。如果將AtomicInteger換成Integer，打印結(jié)果基本都是小于100。

也就說明AtomicInteger聲明的變量，在多線程場(chǎng)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(gè)volatile的int里面。volatile只能保證這個(gè)變量的可見性。不能保證他的原子性。

可以看看getAndIncrement這個(gè)類似i++的函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，是調(diào)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(jìn)一步，我們可以發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)方式：

如何保證原子性：自旋 + CAS（樂觀鎖）。在這個(gè)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(diǎn)

CAS相對(duì)于其他鎖，不會(huì)進(jìn)行內(nèi)核態(tài)操作，有著一些性能的提升。但同時(shí)引入自旋，當(dāng)鎖競(jìng)爭(zhēng)較大的時(shí)候，自旋次數(shù)會(huì)增多。cpu資源會(huì)消耗很高。

換句話說，CAS+自旋適合使用在低并發(fā)有同步數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景。

Java 8做出的改進(jìn)和努力

在Java 8中引入了4個(gè)新的計(jì)數(shù)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(yùn)用于低并發(fā)場(chǎng)景。因此LongAddr在這基礎(chǔ)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(dāng)競(jìng)爭(zhēng)不激烈的時(shí)候，所有線程都是通過CAS對(duì)同一個(gè)變量（Base）進(jìn)行修改，當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)候，會(huì)將根據(jù)當(dāng)前線程哈希到對(duì)于Cell上進(jìn)行修改（多段鎖）。