无锁机制下的原子性操作

时间：2018-01-06 14:12:21 阅读：144 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

　　通常使用volatile关键字修饰字段可以实现多个线程的可见性和读写的原子性，但是对于字段的复杂性操作就需要使用synchronize关键字来进行，例如：

public class Counter {

    private volatile int count = 0;
    
    public synchronized int getAndIncr() {
        return this.count ++;
    }
    
}

这里可以看到，对于字段的简单设置和获取，volatile可以应付，但是我们想每次获取后自增加1，这样的操作就只能交给synchronize来做，这样做虽然可以但是性能较低，所以我们这里介绍一种新的无锁操作CAS。

什么是CAS（Compare And Swap）

　　比较并且交换内存地址的数据，由CPU在指令级别上进行操作的原子性。

CAS包含三个参数：1、变量所在的地址A 2、变量应该的值V1 3、我们需要改的值V2。

如果说变量地址A上的值为V1，就用V2进行复制；如果值不是V1，则什么都不操作，返回V1的值。

自旋操作：在一个死循环里不停的进行CAS的操作，直到成功为止。

CAS实现原子操作的三大问题

当线程想把地址A的值V1改为V3时，当线程取到V1的值后再进行比较时，地址A的值从V1->V2->V1进行了改变，虽然V3可以正常赋值，但是比较的V1值已经不是取出来的V1了。
循环时间很长的话，CPU的负荷较大。
对一个变量进行操作可以，同时操作多个共享的变量有些麻烦。

CAS线程安全

　　通过硬件层面的阻塞实现原子操作的安全性。

常用的原子操作类

更新基本类型类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
更新数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
更新引用类：AtomicReference，AtomicReferenceFieldUpdater，AtomicMarkableReference
原子更新字段类：AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicLongFieldUpdater，AtomicStampedReference

public class AtomicArray {

    static int[] value = new int[]{1, 2};
    static AtomicIntegerArray aia = new AtomicIntegerArray(value);
    
    public static void main(String[] args) {
        aia.set(0, 3);
        System.out.println(aia.get(0));
        System.out.println(value[0]);
    }
}

输出：

3
1

可以看出AtomicIntegerArray对象将int数组复制了一份，他的改变并没有影响到原有数组。

public class AtomicRef {

    static class User {
        private String name;
        private int age;
        
        public User(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        public int getAge() {
            return age;
        }
        public void setAge(int age) {
            this.age = age;
        }
    }
    
    static AtomicReference<User> userAtomicRef = new AtomicReference<AtomicRef.User>();
    
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("Mark", 25);
        userAtomicRef.set(user);
        User updUser = new User("Mark", 28);
        userAtomicRef.compareAndSet(user, updUser);
        System.out.println(userAtomicRef.get().getName());
        System.out.println(userAtomicRef.get().getAge());
    }
    
}