多线程九 原子类

Posted 2022-03-26 zhuchangwu

JDK5提供原子类,及其操作

AtomicXXX是通过CAS , Unsafe.compareAndSwapInt实现的

简单分析一下原子类是如果使用cas,无锁却保证线程安全的

每条线程都有自己的本地缓存,他们要想操作变量,首先是把变量复制到自己的缓存中,然后处理数据,数据处理结束后,将自己缓存的数据刷新会主存,而CAS则就是利用这一点实现的
下面是看Unsafe.class源码,可以看到,下面几个cas方法,全部是native,也就是本地方法

public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);

随便找一个方法

//var1 就是方法的调用者  var2:当前的值  var4需要加的值   
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) 
    int var5; 
    do 
        //此方法(同样也是本地方法),返回当前 内存中var1对象里面的 var2的值
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        //判断var1里面的值var2是否就是var5,如果相等我们更新为 var5+var4 ,否则继续循环尝试修改
     while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;

如何使用呢?

 AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();
 atomicLong.getAndIncrement();

解释一下,为了保证数据的安全性,根据JMM内存模型设计出了cas算法,compareAndSwap先比较,再更换值,现在看我们上面随便找的方法, 里面有一个do-while循环,其实基本上所有设及cas算法的方法,都采用了这个循环,它保证我们可以做出足够多次数的判断

---

• 原子更新boolean

  下面使用它完成确保某段代码只执行一次

public class demo 

// 原子更新boolean  初始化为false
public static AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(false);
//请求总数
public static int clientTotal = 5000;
//同时并发执行的线程数
public static int threadPool = 200;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException 

    ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
    //每次两百次并发
    Semaphore semaphore = new Semaphore(threadPool);
    //计数器 执行五千次
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

    for (int i=0;i<clientTotal;i++)
        executor.execute(new Runnable() 
            @Override
            public void run() 
                try 
                    semaphore.acquire();
                    text();  // 我们只想执行一次的方法
                    semaphore.release();
                    countDownLatch.countDown(); //执行一次,计数减少一次
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
            
        );
    
    countDownLatch.await(); //只要计数不为零,就等待...
    executor.shutdown(); //关闭线程池
    System.out.println("atomicBoolean=="+atomicBoolean.get());

public static void text()
    if (atomicBoolean.compareAndSet(false,true))
        System.out.println("值更新了");
    

查看结果,哪怕执行5000次,每次200的并发,if()里面的代码还是只执行了一次

值更新了
atomicBoolean==true

类名	描述
AtomicInteger	用原子方式更新的 int 值
AtomicLong	用原子方式更新的 long 值
AtomicBoolean	原子方式更新的 boolean 值

• 原子更新基本类型

类名	描述
AtomicInteger	用原子方式更新的 int 值
AtomicLong	用原子方式更新的 long 值
AtomicBoolean	原子方式更新的 boolean 值

• 原子更新数组

类名	描述
AtomicIntegerArray	用原子方式更新其元素的 int 数组
AtomicLongArray	用原子方式更新其元素的 long 数组

• 原子更新抽象类型

类名	描述
AtomicReference	用原子方式更新的对象引用
AtomicStamptedReference	增加了版本号机制,解决了CAS里面的ABA问题

...
注意: 针对的是V型的对象,而不是对象里面的字段

• 原子更新字段
  类名 | 描述 |
  ---|---
  AtomicIntegerFieldUpdater |基于反射的实用工具，可以对指定类的指定 volatile int 字段进行原子更新
  |AtomicLongFieldUpdater |基于反射的实用工具，可以对指定类的指定 volatile long 字段进行原子更新

注意: 针对的是V型的对象,而不是对象里面的字段

JDK8 新增原子类:

• DoubleAdder

• LongAdder 弥补AtomicLong在高并发情况下的性能低问题

  AtomicLong里面仅仅有一个Long类型的值,多个线程并发访问,当一个线程获取到锁修改Long值时,很容易成功,但是当很多个线程并发修改它的值,很可能陷入do-while死循环,消耗性能

LongAdder里面有一组值,每个值都是一个cell,所有的cell加起来是一个base,例如Base如果是5,那么cell可能被分解成2 3,将原来修改一点的高压力分散在不同点上,多线程并发访问去抢占修改cell.在sum()方法中汇总,但线程的话,直接得出结果,从而提高性能

...

原子类并不完全安全!

**虽然addAndGet()方法是原子的,多线程中,方法的调用是无序的

public class TextAtomicService 

    public static AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();

    public void add()
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"加了100之后的值为:"+atomicLong.addAndGet(100));
        atomicLong.addAndGet(1);
    




//
public class AtomicText extends Thread
private  TextAtomicService textAtomicService;
public AtomicText(TextAtomicService t1)
    textAtomicService=t1;


@Override
public void run()
    textAtomicService.add();


public static void main(String[] args) 

    TextAtomicService textAtomicService = new TextAtomicService();
    AtomicText[] atomicTexts = new AtomicText[5];

 try 
    for (int i=0;i<5;i++)
        atomicTexts[i]=new AtomicText(textAtomicService);
    
    for (int i=0;i<5;i++)
        atomicTexts[i].start();
    

    Thread.sleep(2000);
     catch (InterruptedException e) 
        e.printStackTrace();
    

可能出现这种情况,就是当前线程执行完addAndGet(100)之后,cpu的执行权被另一条线程抢走,又执行addAndGet(100),这样的结果就是200,而不是我们预想的202

解决方法就是添加Synchronized关键字,同步化!