JUC之Atomic

Posted 2021-04-28 IncludeNew

介绍

路径 : java.util.concurrent.atomic
功能 : 提供了java中的一些原子操作，包括基本类型，引用类型，数组等
内容 ：

• AtomicBoolean/AtomicInteger等基本类型的原子操作

• AtomicIntegerArray等一些基本类型数组的原子操作

• AtomicIntegerFieldUpdater等一些对对象成员的原子操作

• AtomicStampedReference等为了解决CAS中的ABA问题而引入的类的原子操作，在这里可以简单的当做一个寻常类看待

Unsafe类

路径 : sun.misc.Unsafe
介绍 : Unsafe是用于在实质上扩展Java语言表达能力、便于在更高层（Java层）代码里实现原本要在更低层（C层）实现的核心库功能用的。这些功能包括裸内存的申请/释放/访问、低层硬件的atomic/volatile支持、创建未初始化对象等。它原本的设计就只应该被标准库使用，通俗的来讲，通过这个类可以绕过jvm直接对内存进行操作，以达到高效的效果，我们在使用的时候可以把Unsafe提供的接口当做一个原子操作来使用即可，此外不建议在应用中使用该类

AtomicBoolean

该类提供了基本类型的原子操作, 包括的成员方法主要为：

1. get/set等基本的操作，java对于大多的基本类型的操作都是原子的

2. compareAndSet类型的操作，主要是通过调用unsafe.compareAndSet实现

3. decrementAndGet等类型操作，操作通过一种spinlock的方式来实现，该循环会一直执行，直到compareAndSet执行成功

   for (;;) {      
        int current = get();
        int next = current - 1;
        if (compareAndSet(current, next))
           return next;
        }

在类中有两个比较迷惑的方法:LazySet和weakCompareAndSet

1. LazySet可以保证原子性，但是在多线程环境下，对共享变量的修改不能保证对其他的线程立即可见

2. weakCompareAndSet和compareAndSet的具体的实现是相同的，但是从文档中可以看到前者有两点不同:

• 可能会出现虚假的失败，个人理解并不是说compareAndSet不会出现失败，而是对于这个函数在失败的时候可以进行重试，而前者直接抛出(没有具体验证过，如果有人知道具体的原理，欢迎批评指正)

• 并不会提供排序的保证，就是说当一个线程看到一个通过weakCompareAndSet修改的原子变量时，它不被要求看到其他变量的修改，即便该变量的修改在weakCompareAndSet操作之前，这个跟具体的JMM模型相关

AtomicIntegerArray

AtomicIntegerFieldUpdater

AtomicMarkableReference

对一个特定的数据成员类型进行原子的操作，具体数据类型为

private static class Pair<T> {
   final T reference;
   final boolean mark;
   private Pair(T reference,
                boolean mark) {
       this.reference = reference;
       this.mark = mark;
   }
   static <T> Pair<T> of(T reference,
           boolean mark) {
    return new Pair<T>(reference, mark);
   }
}

public boolean 
compareAndSet(V expectedReference,
              V newReference,
              boolean expectedMark,
              boolean newMark) {
    Pair<V> current = pair;
    return
       expectedReference == 
             current.reference &&
       expectedMark == 
             current.mark &&
       ((newReference == 
             current.reference &&
          newMark == current.mark) ||
       casPair(current,
         Pair.of(newReference, newMark)));
}

AtomicStampedReference

该类处理的数据类型与AtomicMarkableReference类似

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);
   }
 }

不同的是AtomicMarkableReference包含一个boolean类型成员，而AtomicStampedReference包含的是int类型成员，其他具体的实现方式类似, 这两个类主要用来解决CAS中ABA问题，对于一个全局变量A，初始线程1看到的是A(1)状态，后面线程2对A进行了修改转变为了A(2)状态，后面线程2又把A还原为了A(1)状态，此时CAS是无法识别A已经经过了A(1)->A(2)->A(1)的变化的，但是通过这两个类就可以解决这个问题