原子性

Posted 2021-10-30 figsprite

    我们先聊聊一个经典面试题：i=i++; 我们知道在虚拟机底层它实际上做了三步：

    int temp =i; i = i + 1; i = temp;

    i++实际上的操作分为三个部分：读、改、写

    我们看看下面的例子：

1. public class TestAtomicDemo {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         AtomicDemo ad = new AtomicDemo();  
4.             
5.         for(int i = 0;i<10;i++) {  
6.             new Thread(ad).start();  
7.         }  
8.     }  
9. }  
10.     
11. class AtomicDemo implements Runnable{  
12.     private int serialNumber = 0;  
13.         
14.     @Override  
15.     public void run() {  
16.         // TODO Auto-generated method stub  
17.         try {  
18.             Thread.sleep(200);  
19.         }catch(InterruptedException e) {  
20.                 
21.         }  
22.             
23.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+getSerialNumber() );  
24.     }  
25.     
26.     public int getSerialNumber() {  
27.         return serialNumber++;  
28.     }  
29.     
30.     public void setSerialNumber(int serialNumber) {  
31.         this.serialNumber = serialNumber;  
32.     }  
33.         
34.         
35. }  

 

    这里很明显，两个数据相同了，当然这不是每次都会发生的。为什么会发生这种情况？

 

    为了方便我们将变量名写成Num，就只画四个线程，根据我们之前说的，num先被线程1读取，然后执行改、写操作，在线程1还没来得及将值写回主存时，线程2读取了主存中的num，此时num依然等于0，这就发生了上面很尴尬的场景了。

    我们可以用上一讲谈到的volatile解决吗？当然不行，volatile解决的是可见性，然而我们这里有两步操作，即使是直接在主存操作，依旧可能出现上述情况，即线程1刚刚把num加完正打算写之前，线程2读取了当前num的值，最后依然出现两个1，因为i++存在读改写三步操作，本来这些操作不可分割，但是现在分割执行，破坏了原子性，我们现在需要用到原子变量。

    JDK1.5之后，java.util.concurrent.atomic为我们提供了大量的原子变量，这些变量有以下几个特点：

1. 含有volatile的特性，原子变量封装的值都是volatile，保证内存的可见性，随便开个源码都可看到：

   

    

2. CAS(Compare-And-Swap)算法保证数据原子可见性

   CAS算法是硬件对并发操作共享数据的支持

   CAS包含了三个操作数：

   内存值V 预估值A 更新值B

   当且仅当V==A时，V=B,否则将不会做任何操作

    

 

    那么CAS如何解决原子性问题呢？

    当线程1改完值，将主存中的num值修改为1，此时线程2需要进行判断，发现原值与现在值不同,所以什么都不做。这样只会使一个线程修改num，更重要的是CAS算法比普通的同步锁效率高很多，当CAS判定失败，它会放弃对CPU的占用，然后再进行判断。缺点就是我们要手工写一些代码，比如重新判断。

 

    扯了这么多，我们回到原先的题目，使用AtomicInteger来处理原问题的原子性，

 

1. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
2.     
3. public class TestAtomicDemo {  
4.     public static void main(String[] args) {  
5.         AtomicDemo ad = new AtomicDemo();  
6.             
7.         for(int i = 0;i<10;i++) {  
8.             new Thread(ad).start();  
9.         }  
10.     }  
11. }  
12.     
13. class AtomicDemo implements Runnable{  
14.     private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);  
15.         
16.     @Override  
17.     public void run() {  
18.         // TODO Auto-generated method stub  
19.         try {  
20.             Thread.sleep(200);  
21.         }catch(InterruptedException e) {  
22.                 
23.         }  
24.             
25.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+getSerialNumber() );  
26.     }  
27.     
28.     public int getSerialNumber() {  
29.         return serialNumber.getAndIncrement();  
30.     }     
31. }