原子变量与CAS算法

Posted 2020-08-31 爱编程真是太好了

原子变量

为了引出原子变量这个概念，我们先看一个例子。

 1 package com.ccfdod.juc;
 2 
 3 public class TestAtomicDemo {
 4 
 5     public static void main(String[] args) {
 6         AtomicDemo ad = new AtomicDemo();
 7         
 8         for (int i = 0; i < 10; i++) {
 9             new Thread(ad).start();
10         }
11     }
12 }
13 
14 class AtomicDemo implements Runnable {
15     private int number = 0;
16 
17     @Override
18     public void run() {
19         try {
20             Thread.sleep(200);
21         } catch (InterruptedException e) {
22             e.printStackTrace();
23         }
24         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + getNumber());
25     }
26     
27     public int getNumber() {
28         return number++;
29     }
30 }

程序运行结果如下：

 1 Thread-4 : 2
 2 Thread-0 : 6
 3 Thread-2 : 3
 4 Thread-5 : 5
 5 Thread-7 : 4
 6 Thread-3 : 1
 7 Thread-6 : 2
 8 Thread-1 : 0
 9 Thread-9 : 8
10 Thread-8 : 7

从程序运行结果可以看出，Thread-4和Thread-6执行结果都为2，明显发生了线程安全问题，当然，这种情况是偶然的。那么，出现这种问题的原因是什么呢？

如果你对j = i++;底层是如果实现的，那么这个问题就好理解了。j = i++;底层实现为：

int temp = i;
 i = i + 1;
 j = temp;

那么很明显，Thread-4（或Thread-6）在执行改操作加1之前，Thread-6（或Thead-4）读到了相同的值。然后都进行加1操作，再打印出来。

对于这类问题，我们可以使用原子变量来解决。在jdk1.5后，java.util.current.atomic包中提供了常用的原子变量。原子变量有一下特性：

• 底层代码使用volatile修饰，保证内存可见性
• CAS（Compare-And-Swap）算法保证数据的原子性

CAS算法

CAS算法是硬件对于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

并且，当且仅当V==A时，V=B，否则，将不做任何操作。

在了解了原子变量后，我们使用原子变量修改程序：

 1 class AtomicDemo implements Runnable {
 2 //    private int number = 0;
 3     private AtomicInteger number = new AtomicInteger();
 4 
 5     @Override
 6     public void run() {
 7         try {
 8             Thread.sleep(200);
 9         } catch (InterruptedException e) {
10             e.printStackTrace();
11         }
12         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + getNumber());
13     }
14     
15     public int getNumber() {
16 //        return number++;
17         return number.getAndIncrement();
18     }
19 }