Java多线程_Atomic 原子类

一、介绍一下Atomic 原子类

Atomic 翻译成中文是原子的意思。在化学上，我们知道原子是构成一般物质的最小单位，在化学反应中是不可分割的。在我们这里 Atomic是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程干扰。

所以，所谓原子类说简单点就是具有原子/原子操作特征的类。

并发包 java.util.concurrent 的原子类都存放在 java.util.concurrent.atomic 下,如下图所示。

二、JUC 包中的原子类是哪4类

使用原子的方式更新基本类型

　　AtomicInteger：整形原子类

　　AtomicLong：长整型原子类

　　AtomicBoolean ：布尔型原子类

使用原子的方式更新数组里的某个元素

　　AtomicIntegerArray：整形数组原子类

　　AtomicLongArray：长整形数组原子类

　　AtomicReferenceArray ：引用类型数组原子类

引用类型：

　　AtomicReference：引用类型原子类

　　AtomicStampedRerence：原子更新引用类型里的字段原子类

　　AtomicMarkableReference ：原子更新带有标记位的引用类型

对象的属性修改类型：

　　AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整形字段的更新器

　　AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整形字段的更新器

　　AtomicStampedReference ：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于解决原 子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用 CAS 进行原子更新时可能出现的 ABA 问题

 

三、讲讲AtomicInteger的使用

AtomicInteger类常用方法：

public final int get() //获取当前的值
public final int getAndSet(int newValue)//获取当前的值，并设置新的值
public final int getAndIncrement()//获取当前的值，并自增
public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减
public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值
boolean compareAndSet(int expect, int update) //如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输
入值（update）
public final void lazySet(int newValue)//最终设置为newValue,使用 lazySet 设置之后可能导致其他线程
在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。

AtomicInteger 类的使用示例：

使用 AtomicInteger 之后，不用对 increment() 方法加锁也可以保证线程安全。

class AtomicIntegerTest {
private AtomicInteger count = new AtomicInteger();
//使用AtomicInteger之后，不需要对该方法加锁，也可以实现线程安全。
public void increment() {
count.incrementAndGet();
}
public int getCount() {
return count.get();
}
}

四、简单介绍一下 AtomicInteger 类的原理

AtomicInteger 类的部分源码：

// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates（更新操作时提供“比较并替换”的作用）
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;

AtomicInteger 类主要利用 CAS (compare and swap) + volatile 和 native 方法来保证原子操作，从而避免 synchronized 的高开销，执行效率大为提升。

CAS的原理是拿期望的值和原本的一个值作比较，如果相同则更新成新的值。UnSafe 类的 objectFieldOffset() 方法 是一个本地方法，这个方法是用来拿到“原来的值”的内存地址，返回值是 valueOffset。另外 value 是一个volatile变 量，在内存中可见，因此 JVM 可以保证任何时刻任何线程总能拿到该变量的最新值。

举个栗子

1.  在一个内存地址为V内存中，储存着变量值10（即此时A=10）
2. 此时，来了一个线程A，想对该变量进行增加1操作（即此时对线程A来说：A=10，B=11）
3. 但是，当线程A操作之前，被线程B插入率先将该变量进行修改成11（即此时A=11）
4. 接着，等线程A想来修改的时候，通过内存地址V获取当前最新的值与自身线程的预期值进行比对（此时线程A的A=10），发现不一样，导致更新失败
5. 线程A重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值，即自旋操作。（此时对线程A来说，A=11，B=12）
6. 这一次没有其他线程的干扰，线程A通过获取内存地址V的实际值，成功比较后，并且将内存地址V的值修改成12

缺点

• cpu开销大，在高并发下，许多线程，更新一变量，多次更新不成功，循环反复，给cpu带来大量压力
• 只是一个变量的原子性操作，不能保证代码块的原子性
• ABA问题（不过一般极少出现）

举个栗子（ABA问题）

1. 小埋去存银行卡有200块钱，去提款机取钱100，恰巧机器有点问题，在进行取款提交操作后台开启了两个线程A和B(200->100)
2. 线程A成功执行，而且线程B阻塞了，此时小埋银行卡的余额为100
3. 此时，小埋的哥哥给她卡了打了100块，此时小埋银行卡的余额为200
4. 然后，线程B此时就又开始执行了，发现卡里的余额200和自身线程余额期待值一样，进行修改（200->100）
5. 最后，小埋就只能去找柜台寻求帮助了，因为正常情况下，她现在的卡里应该还有200块

如何解决aba问题：
对内存中的值加个版本号，在比较的时候除了比较值还的比较版本号。