标签：als volatile this 调用 返回 效率 desc title 数据类型
前几期简单介绍了一些线程方面的基础知识，以及一些线程的一些基础用法以及通过jvm内存模型的方式去介绍了一些并发中常见的问题（想看往期文章的小伙伴可以直接拉到文章最下方飞速前往）。本文重点介绍一个概念“无锁”
本期精彩
什么是无锁
无锁类的原理
AtomicInteger
Unsafe
AtomicReference
AtomicStampedReference
在高并发编程中最重要的就是获取临界区资源，保证其中操作的原子性。一般来说使用synchronized关键字进行加锁，但是这种操作方式其实是将synchronized中的代码块由并行转为串行，虽然说这是一个解决并发问题的方法，但是这样的代码效率会显得比较低下。最比较高效的方法就是无锁，一般加锁的方法在多线程访问时，如果临界区资源被占用，系统就会将其他线程进行阻塞，挂起，但是无锁不会，它只会一次一次的重试，直到执行成功为止。在jdk中为我们提供了一系列的无锁类来供我们使用。
AtomicInteger为无锁整数，它其中的方法都是无锁的，它内部主要得接口有以下几个：
| 方法名 | 返回值 | 参数 | 描述 |
|---|---|---|---|
| get() | int | 无 | 获取当前值 |
| set() | 无 | newValue | 设置当前值 |
| getAndSet() | int | newValue | 设置新值，返回旧值 |
| compareAndSet() | boolean | int expect, int u | 如果内存中的值为expect，则设置新值为u，并且返回true |
| getAndIncrement() | int | 无 | 当前值+1，返回旧值 |
| getAndDecrement() | int | 无 | 当前值-1，返回旧值 |
| getAndAdd() | int | delta | 当前值增加delta，返回旧值 |
| incrementAndGet() | int | 无 | 当前值+1，返回新值 |
| decrementAndGet() | int | 无 | 当前值-1，返回新值 |
| addAndGet() | int | int delta | 当前值增加delta，返回新值 |
我们来看其中两个比较典型的方法的实现：
/** * Atomically sets the value to the given updated value * if the current value {@code ==} the expected value. * * @param expect the expected value * @param update the new value * @return {@code true} if successful. False return indicates that * the actual value was not equal to the expected value. */ public final boolean compareAndSet(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); }
上述方法中，出现了几个参数valueOffset表示一个偏移量，expect表示一个预期值，update表示一个新的值，而调用得compareAndSwapInt方法则表示，在这个类的valueOffset的偏移量上得值是否与expect的值一致，如果一致，则将值修改为update的值，否则则设置失败。
/** * Atomically increments by one the current value * * @return the previous value */ public final int getAndIncrement() { for (;;) { int current = get(); int next = current + 1; if (compareAndSet(current, next)) { return current; } } }
getAndIncrement（）方法通过死循环的方式确保可以一致进行修改操作，但是一旦修改成功则跳出，否则一直修改。
我们来看一个具体的例子：
/** * @escription:无锁累加 * @author: Herrt灬凌夜 * @date: 2019年3月2日 下午10:21:53 */ public class Tets1 { public AtomicInteger num = new AtomicInteger(); public void accumulation () { for (int i = 0; i < 10000; i++) { num.incrementAndGet(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread [] ts = new Thread[10]; final Tets1 test = new Tets1(); for (int i = 0; i < ts.length; i++) { ts[i] = new Thread(new Runnable() { public void run() { test.accumulation(); } }); ts[i].start(); } for (Thread thread : ts) { thread.join(); } System.out.println(test.num); } }
在上述例子中我并没有对accumulation()方法进行加锁，但是最后得到的结果依旧是100000。所以可以说明这个操作是线程安全的。
Unsafe类是在sun.misc包下，不属于Java标准。但是很多Java的基础类库，包括一些被广泛使用的高性能开发库都是基于Unsafe类开发的，比如Netty、Cassandra、Hadoop、Kafka等。Unsafe类在提升Java运行效率，增强Java语言底层操作能力方面起了很大的作用。但是它是非公开的API，所以在不同得JDK版本中，差异比较大，但是它在JDK开发中应用非常多。
Unsafe类通过偏移量这个概念使Java拥有了像C语言的指针一样操作内存空间的能力，同时也带来了指针的问题。过度的使用Unsafe类会使得出错的几率变大，因此Java官方并不建议使用的，官方文档也几乎没有。
它内部主要的接口有以下几个：
| 方法名 | 返回值 | 参数 | 描述 |
|---|---|---|---|
| getInt() | int | Object o, long offset | 获得给定对象偏移量上的int值 |
| putInt() | void | Object o, long offset, int x | 设置给定对象偏移量上的int值 |
| objectFieldOffset() | long | Field f | 获得字段在对象中的偏移量 |
| putIntVolatile() | void | Object o, long offset, int x | 设置给定对象的int值，使用volatile语义 |
| getIntVolatile() | int | Object o, long offset | 获得给定对象的int值，使用volatile语义 |
| putOrderedInt | void | Object o, long offset, int x | 和putIntVolatile一样，但是它要求被操作得字段是volatile修饰的 |
上述的几个方法都是被native关键字所修饰，因为Unsafe的实现是由C语言实现的。Java平台有个用户和本地C代码进行互操作的API，称为Java Native Interface (Java本地接口)。
AtomicReference引用做了修改，是一个模版类，抽象了数据类型，如果说AtomicInteger修改的是一个整数，那么AtomicReference修改的就是一个对象。它其中的方法与AtomicInteger的方法大致一致，只是在类上加了一个范型。
我们看下面实例：
/** * @escription:AtomicReference实例 * @author: Herrt灬凌夜 * @date: 2019年3月3日 下午3:42:38 */ public class AtomicReferenceTest { public AtomicReference atomicStr = new AtomicReference("修改前"); public void accumulation () { if(atomicStr.compareAndSet("修改前", "修改后")) { System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "修改成功！"); } else { System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "修改失败！"); } } public static void main(String[] args) { final AtomicReferenceTest reference = new AtomicReferenceTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(new Runnable() { public void run() { reference.accumulation(); } }).start(); } } }
执行上面代码可以得出，只有一个线程修改成功，其他线程均修改失败，可以看出AtomicReference为线程安全的。
AtomicStampedReference也是用于修改一个对象的，但是这个类中加入了一个邮戳的标记，而这是为了解决ABA问题的，何为ABA问题呢，就是说一个线程将值修改为B，但是又被其他线程修改为A，这样其他线程又会继续去修改A.
我们将AtomicReference中的实例做修改：
public class AtomicReferenceTest { public AtomicReference atomicStr = new AtomicReference("修改前"); public void accumulation () { if(atomicStr.compareAndSet("修改前", "修改后")) { System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "修改成功！"); } else { System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "修改失败！"); atomicStr.compareAndSet("修改后", "修改前"); } } public static void main(String[] args) { final AtomicReferenceTest reference = new AtomicReferenceTest(); for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(new Runnable() { public void run() { reference.accumulation(); } }).start(); } } }
在我们预期之中，修改成功只能被执行一次，但是由于其他线程的原因，执行成功被执行多次。而AtomicStampedReferenve就是来解决这类问题的。
我们来看一个例子，我们模拟用户消费，当用户首次余额不足20元时，系统赠送20元。
/** * @escription:AtomicStampedReference * @author: Herrt灬凌夜 * @date: 2019年3月3日 下午6:57:36 */ public class AtomicStampedReferenceTest { AtomicStampedReference<Integer> money = new AtomicStampedReference<Integer>(19, 0); /** * 充值 * @Title: recharge * @Description: 当余额第一次不足20元时，系统充值20元 * @param: @param timestamp */ public void recharge(int timestamp) { while (true) { while (true) { Integer m = money.getReference(); if (m < 20) { if (money.compareAndSet(m, m + 20, timestamp, timestamp + 1)) { System.out.println("余额小于20，充值成功，当前余额为：" + money.getReference()); break; } else { break; } } } } } /** * 消费 * @Title: consumption * @return: void */ public void consumption() { for (int i = 0; i < 100; i++) { while (true) { int timestamp = money.getStamp(); Integer m = money.getReference(); if (m > 10) { if (money.compareAndSet(m, m - 10, timestamp, timestamp + 1)) { System.out.println("消费10元，余额:" + money.getReference()); break; } } else { System.out.println("余额不足！"); break; } break; } } } public static void main(String[] args) { final AtomicStampedReferenceTest test = new AtomicStampedReferenceTest(); final int timestamp = test.money.getStamp(); for (int i = 0; i < 3; i++) { new Thread(new Runnable() { public void run() { test.recharge(timestamp); } }).start(); } new Thread(new Runnable() { public void run() { test.consumption(); } }).start(); } }
执行结果发现，充值只发生1次，不会因为消费之后余额小于20元再次充值。
我们去查看AtomicStampedReference类，发现其中存在一个内部类Pair：
private static class Pair<T> { final T reference; final int stamp; private Pair(T reference, int stamp) { this.reference = reference; this.stamp = stamp; } }
这个类中的Pair类代替了AtomicReference中的value，其中reference相当于value，而stamp则为一个标识。我们查看compareAndSet的源码：
public boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) { Pair<V> current = pair; return expectedReference == current.reference && expectedStamp == current.stamp && ((newReference == current.reference && newStamp == current.stamp) || casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp))); }
我们发现，这里不仅仅去比较了reference的值，也去比较了stamp 的值，只有他们得值都相等，才会去执行cas操作。
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原文地址：https://www.cnblogs.com/wuyx/p/10480349.html
