标签：目标 declared ref 数据库 原子性 共享资源 private main version
public class Test {
//value1：线程不安全
private static int value1 = 0;
//value2：使用乐观锁
private static AtomicInteger value2 = new AtomicInteger(0);
//value3：使用悲观锁
private static int value3 = 0;
private static synchronized void increaseValue3(){
value3++;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
//开启1000个线程，并执行自增操作
for(int i = 0; i < 1000; ++i){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
value1++;
value2.getAndIncrement();
increaseValue3();
}
}).start();
}
//打印结果
Thread.sleep(1000);
System.out.println("线程不安全：" + value1);
System.out.println("乐观锁(AtomicInteger)：" + value2);
System.out.println("悲观锁(synchronized)：" + value3);
}
}
AtomicInteger是java.util.concurrent.atomic包提供的原子类，利用CPU提供的CAS操作来保证原子性；除了AtomicInteger外，还有AtomicBoolean、AtomicLong、AtomicReference等众多原子类。
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
//存储整数值，volatile保证可视性
private volatile int value;
//Unsafe用于实现对底层资源的访问
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
//valueOffset是value在内存中的偏移量
private static final long valueOffset;
//通过Unsafe获得valueOffset
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
public final int getAndIncrement() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return current;
}
}
}
public final int addAndGet(int delta) {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4){
int var5;
do{
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
}
while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
内部调用unsafe的getAndAddInt方法，在getAndAddInt方法中主要是看compareAndSwapInt方法：
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
在unsafe.cpp找到方法CompareAndSwapInt，可以依次看到变量obj、offset、e和x，其中addr就是当前内存位置指针，最终再调用Atomic类的cmpxchg方法。
UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
oop p = JNIHandles::resolve(obj);
jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END
static jint cmpxchg (jint exchange_value, volatile jint* dest, jint compare_value);
和volatile类型，CAS也是依赖不同的CPU会有不同的实现，在src/os_cpu目录下可以看到不同的实现，以atomic_linux_x86.inline.hpp为例，是这么实现的：
inline jint Atomic::cmpxchg (jint exchange_value, volatile jint* dest, jint compare_value) {
int mp = os::is_MP();
__asm__ volatile (LOCK_IF_MP(%4) "cmpxchgl %1,(%3)"
: "=a" (exchange_value)
: "r" (exchange_value), "a" (compare_value), "r" (dest), "r" (mp)
: "cc", "memory");
return exchange_value;
}
可以看到底层是通过指令cmpxchgl来实现，如果程序是多核环境下，还会先在cmpxchgl前生成lock指令前缀，反之如果是在单核环境下就不需要生成lock指令前缀。为什么多核要生成lock指令前缀？因为CAS是一个原子操作，原子操作隐射到计算机的实现，多核CPU的时候，如果这个操作给到了多个CPU，就破坏了原子性，所以多核环境肯定得先加一个lock指令，不管这个它是以总线锁还是以缓存锁来实现的，单核就不存在这样的问题了。
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)));
}
compareAndSet有四个参数，分别表示：预期引用、更新后的引用、预期标志、更新后的标志。源码部分很好理解预期的引用 == 当前引用，预期的标识 == 当前标识，如果更新后的引用和标志和当前的引用和标志相等则直接返回true，否则通过Pair生成一个新的pair对象与当前pair CAS替换。Pair为AtomicStampedReference的内部类，主要用于记录引用和版本戳信息（标识），定义如下：
private static class Pair<T>
{
final T reference;
final int stamp;
private Pair(T reference, int stamp)
{
this.reference = reference;
this.stamp = stamp;
}
static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp)
{
return new Pair<T>(reference, stamp);
}
}
private volatile Pair<V> pair;
Pair记录着对象的引用和版本戳，版本戳为int型，保持自增。同时Pair是一个不可变对象，其所有属性全部定义为final，对外提供一个of方法，该方法返回一个新建的Pari对象。pair对象定义为volatile，保证多线程环境下的可见性。在AtomicStampedReference中，大多方法都是通过调用Pair的of方法来产生一个新的Pair对象，然后赋值给变量pair。如set方法：
public void set(V newReference, int newStamp){
Pair<V> current = pair;
if (newReference != current.reference || newStamp != current.stamp)
this.pair = Pair.of(newReference, newStamp);
}
下面我们将通过一个例子可以可以看到AtomicStampedReference和AtomicInteger的区别。我们定义两个线程，线程1负责将100 —> 110 —> 100，线程2执行 100 —>120，看两者之间的区别。
public class Test{
private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);
private static AtomicStampedReference atomicStampedReference = new AtomicStampedReference(100,1);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//AtomicInteger
Thread at1 = new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run(){
atomicInteger.compareAndSet(100,110);
atomicInteger.compareAndSet(110,100);
}
});
Thread at2 = new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run(){
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2); // at1,执行完
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("AtomicInteger:" + atomicInteger.compareAndSet(100,120));
}
});
at1.start();
at2.start();
at1.join();
at2.join();
//AtomicStampedReference
Thread tsf1 = new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run(){
try{
//让 tsf2先获取stamp，导致预期时间戳不一致
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
// 预期引用：100，更新后的引用：110，预期标识getStamp() 更新后的标识getStamp() + 1
atomicStampedReference.compareAndSet(100,110,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp() + 1);
atomicStampedReference.compareAndSet(110,100,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp() + 1);
}
});
Thread tsf2 = new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run(){
int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
try{
TimeUnit.SECONDS.sleep(2); //线程tsf1执行完
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("AtomicStampedReference:" +atomicStampedReference.compareAndSet(100,120,stamp,stamp + 1));
}
});
tsf1.start();
tsf2.start();
}
}
运行结果充分展示了AtomicInteger的ABA问题和AtomicStampedReference解决ABA问题。
@Transactional
public void updateCoins(Integer playerId){
//根据player_id查询玩家信息
Player player = query("select coins, level from player where player_id = {0}", playerId);
//根据玩家当前信息及其他信息，计算新的金币数
Long newCoins = ……;
//更新金币数
update("update player set coins = {0} where player_id = {1}", newCoins, playerId);
}
为了避免这个问题，悲观锁通过加锁解决这个问题，代码如下所示。在查询玩家信息时，使用select …… for update进行查询；该查询语句会为该玩家数据加上排它锁，直到事务提交或回滚时才会释放排它锁；在此期间，如果其他线程试图更新该玩家信息或者执行select for update，会被阻塞。
@Transactional
public void updateCoins(Integer playerId){
//根据player_id查询玩家信息（加排它锁）
Player player = queryForUpdate("select coins, level from player where player_id = {0} for update", playerId);
//根据玩家当前信息及其他信息，计算新的金币数
Long newCoins = ……;
//更新金币数
update("update player set coins = {0} where player_id = {1}", newCoins, playerId);
}
版本号机制则是另一种思路，它为玩家信息增加一个字段：version。在初次查询玩家信息时，同时查询出version信息；在执行update操作时，校验version是否发生了变化，如果version变化，则不进行更新。
@Transactional
public void updateCoins(Integer playerId){
//根据player_id查询玩家信息，包含version信息
Player player = query("select coins, level, version from player where player_id = {0}", playerId);
//根据玩家当前信息及其他信息，计算新的金币数
Long newCoins = ……;
//更新金币数，条件中增加对version的校验
update("update player set coins = {0}, version = version + 1 where player_id = {1} and version = {2}", newCoins, playerId, player.version);
标签：目标 declared ref 数据库 原子性 共享资源 private main version
原文地址：https://www.cnblogs.com/liujiarui/p/13174088.html
