juc原子类

Posted 2020-09-16

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了juc原子类相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

0原子类

http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3514589.html
http://www.blogjava.net/xylz/archive/2010/07/01/324988.html

根据修改的数据类型，可以将JUC包中的原子操作类可以分为4类。

基本类型: AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean ;
数组类型: AtomicIntegerArray, AtomicLongArray, AtomicReferenceArray ;
引用类型: AtomicReference, AtomicStampedRerence, AtomicMarkableReference ;
对象的属性修改类型: AtomicIntegerFieldUpdater, AtomicLongFieldUpdater, AtomicReferenceFieldUpdater 。

1 AtomicInteger

java.util.concurrent是基于Queue的并发包，而Queue，很多情况下使用到了Atomic操作。

通常情况下，在Java里面，++i或者--i不是线程安全的，这里面有三个独立的操作：或者变量当前值，为该值+1/-1，然后写回新的值。在没有额外资源可以利用的情况下，只能使用加锁才能保证读-改-写这三个操作时“原子性”的。

该类就是利用现代cpu特性CAS指令，在不加锁的情况下实现i++,这种复合操作的原子性。

其中方法都比较好理解只有两个 lazyset和weakCompareAndSet 不理解。。。

使用：
例如实现一个全局的计数器，该类就能实现，其i++是原子执行。

1.8中新增几个类如LongAdder 改类和AtomicLong功能类似，只是更加高效。
http://ifeve.com/atomiclong-and-longadder/
技术分享

2 数组原子类

2.1 AtomicIntegerArray

对数组元素的原子更新，包括3个类。
此类的API和AtomicInteger 基本一致，只是修改元素时需要提供元素的索引。实现几乎一样。

get() 分析

    public final int get(int i) {
        return unsafe.getIntVolatile(array, rawIndex(i));
    }
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final int base = unsafe.arrayBaseOffset(int[].class); 
    private static final int scale = unsafe.arrayIndexScale(int[].class);
    private final int[] array;
    private long rawIndex(int i) {
        if (i < 0 || i >= array.length)
            throw new IndexOutOfBoundsException("index " + i);
        return base + (long) i * scale;
    }

base: java中数组对象，在存储时都包含一个对象头，这个头部长度可以使用arrayBaseOffset函数获得。
scale：也就是能指明数组中每个元素占的字节长度。
base + (long) i * scale：这样就能得出从数组对象头部开始，应该修改哪些字节的元素。
http://www.jb51.net/article/48318.htm

Unsafe
该类是java中对于内存的底层操作(申请内存，查看某内存位置值等)，但是一般我们不允许调用该类，该类单例模式实现，获取该类对象会检查类加载器，
只有顶层类加载器才能调用，也就是一般我们获取不到该对象。

3 引用的原子类

3.1 AtomicReference

和基本类型的原子类似，都是包装一个类型，只是此处包装了引用类型V，注意 get set 修改的仅仅是引用，并不是其引用指向的值。

此类方法也比较少，仅仅涉及到对引用的get set ;

ABA
ABA问题。因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。
http://www.cnblogs.com/princessd8251/articles/5187403.html

3.2 AtomicMarkableReference 和AtomicStampedReference

各种乐观锁的实现中通常都会用版本戳version来对记录或对象标记，避免并发操作带来的问题，这两个类就是java用类似方法解决ABA。

如何解决？
其实二者类似，都是将该引用和一个状态变量包装到一个对象中，前者包装boolean后者int(类似上面所述1A 2A就能区分开来)。

3.2.1 AtomicStampedReference 实现

基于1.8 分析

创建一个类将引用V和状态值S打包在一起，这两个变量可以设置为final
将上面的包装类引用设计为volatile，这样每次更新V和S时，都会创建一个新的包装对象，然后对该引用CAS更新。

本质是将两个变量包装在一起，转化为基本类型变量原子更新。
1.8中

   private static class Pair<T> {  // 对引用T和int值包装，
        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;  //确保修改立即可见
  public boolean compareAndSet(V   expectedReference,  V   newReference, int expectedStamp,
                                 int newStamp) {
        Pair<V> current = pair;
        return
            expectedReference == current.reference && expectedStamp == current.stamp &&            casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));  // CAS 直接更新包装对象引用
    }
  private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val) { //CAS更新引用
        return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, pairOffset, cmp, val);
    }

目标：做到对引用T和int变量原子更新(同时更改这两个变量);

Pair类：对两个变量的包装，两个变量都会设置为final，此处对于两个变量的更新每次都会创建新的Pair对象，所以这两个属性设置为final。
compareAndSet(): 当更新两个变量时，创建新的PAIR然后CAS更新该引用。所以该引用pair必须设置为volatile

示例
场景：对储蓄卡充值 T表示剩余钱，stamp表示时间戳。当前状态（10,0）
线程1： cas((10,0),(20,1)) //即充值10元
线程2： cas((10,0),(60,1)) //即充值50元

当同时调用compareAndSet时，二者会先判断当前状态是否是(10,0), 符合，所以两个线程都可能会创建新的Pair对象，1创建（20，1）； 2创建（60,1），接下来就会调用casPair 更新当前pair引用，两个线程虽然都已经创建新的Pair对象，但是只能有一个线程更新成功。 (此处问题就化简为对基本类型原子更新)