java Atomic 包实现

转自 http://blog.csdn.net/firecoder/article/details/6711984

getAndSet：设置为新值，返回设置之前的值。此方法为原子性操作，即保证在得到当前值与设置新值之间，没有任何其他更新操作。

[java] view plaincopy
 
  1. public final int getAndSet(int newValue) {  
  2.         for (;;) {  
  3.             int current = get();  
  4.             if (compareAndSet(current, newValue))  
  5.                 return current;  
  6.         }  
  7.     }  

 

getAndIncrement：当前值加一，返回自增前的值。此方法为原子性操作，即保证在得到当前值与自增之间，没有任何其他更新操作。举个例子，假如是value++，两个线程同时调用此函数，两个线程都取到了当前值100，然后都基于100加一，最后得到101，miss掉了一次自增。采用compareAndSet，两个线程同时取到当前值100，线程一成功调用compareAndSet，当前值变为101，返回；线程二调用compareAndSet失败，回到循环头，重新取得一个新的当前值101，接着成功调用comareAndSet，更新当前值为102，返回

 

[java] view plaincopy
 
  1. public final int getAndIncrement() {  
  2.         for (;;) {  
  3.             int current = get();  
  4.             int next = current + 1;  
  5.            if (compareAndSet(current, next))  
  6.                 return current;  
  7.         }  
  8. nbsp;}  


compareAndSet：如果当前值与期望值(第一个参数)相等，则设置为新值(第二个参数)，设置成功返回true。

 

 

[java] view plaincopy
 
  1. public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {  
  2.       return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);  
  3.      }  

Unsafe

ObjectFieldOffset：前文中出现的参数valueOffset是一个静态变量，调用Unsafe.objectFieldOffset得到

 

[java] view plaincopy
 
  1. private static final long valueOffset;  
  2.    
  3. static {  
  4.        try {  
  5.          valueOffset = unsafe.objectFieldOffset  
  6.              (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));  
  7.        } catch(Exception   ex) { throw new Error  (ex); }  
  8.      }  

在java对象的地址一文中说这个地址不是对象在内存中的物理地址，只是一个逻辑地址。javadoc中注释这是属性(field)在对象存储空间中的偏移地址。

 

compareAndSet：如果当前值与期望值相等，更新对象的一个整数属性(field)为给定的值。更新则返回true，否则为false。此方法为原子性操作，而且是native方法。

 

[java] view plaincopy
 
  1. public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset,  
  2.                                         int expect, int update);  

UnSafe native

在Java5 Concurrent包中的锁机制中，UnSafe的native代码从Kaffe(java 虚拟机的首个开源实现)中扒了出来。

首先得到属性(field)的指针，然后调用g_atomic_int_compare_and_exchange方法。

 

[cpp] view plaincopy
 
  1. /** 
  2.  * Helper macro, defining a sun.misc.Unsafe compare and swap function  
  3.  * with a given NAME tail and TYPE of arguments. 
  4.  */  
  5. #define KAFFE_UNSAFE_COMPARE_AND_SWAP(NAME, TYPE)  
  6. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_sun_misc_Unsafe_compareAndSwap ## NAME(JNIEnv* env, jobject unsafe UNUSED, jobject obj, jlong offset, TYPE expect, TYPE update)   
  7. {   
  8.   volatile TYPE * address = getFieldAddress(env, obj, offset);   
  9.   if (sizeof(TYPE) == sizeof(gint))   
  10.     return g_atomic_int_compare_and_exchange((volatile gint *) address, (gint) expect, (gint) update);   
  11.   else if (sizeof(TYPE) == sizeof(gpointer))   
  12.     return g_atomic_pointer_compare_and_exchange((volatile gpointer *) address, (gpointer) expect, (gpointer) update);   
  13.   else   
  14.     if (*address == expect) {   
  15.       *address = update;   
  16.       return JNI_TRUE;   
  17.     }   
  18.     else   
  19.       return JNI_FALSE;   
  20. }   

GLIB

g_atomic_pointer_compare_and_exchange是glib中的一段c代码

 

[cpp] view plaincopy
 
  1. gboolean g_atomic_int_compare_and_exchange (volatile gint *atomic,   
  2.                    gint           oldval,   
  3.                    gint           newval)  
  4. {  
  5.   gint result;  
  6.    
  7.   __asm__ __volatile__ ("lock; cmpxchgl %2, %1"  
  8.             : "=a" (result), "=m" (*atomic)  
  9.             : "r" (newval), "m" (*atomic), "0" (oldval) : );   
  10.   
  11.   return result == oldval;  
  12. }  

GCC 内联汇编

汇编指令cmpxchg：上面的函数中嵌入了汇编语句(c代码中嵌入汇编，称为内联汇编)，调用了一条汇编指令cmpxchgl(AT&T风格)，对应Intel格式的汇编指令为cmpxchg。

根据古月今人的解释：cmpxchg是将寄存器(AL, AX或者EAX，取决于值的大小)中的值和目标操作数(第一个参数)进行比较，如果相等，则将源操作数(第二个参数)拷贝到目标操作数中，同时ZF置1；否则ZF置0，将目标操作数拷贝到EAX。

仿照百度blog的一篇文章，给出伪码为

 

[cpp] view plaincopy
 
  1. %eax = old;  
  2. if (*address == %eax) {  
  3.    *address = new;  
  4.    zf = 1;  
  5.    return %eax;  
  6. } else {  
  7.    zf = 0;  
  8.    return *address;  
  9. }  

关于寄存器为什么叫AL/AH, AX, EAX(extend AX)，请参考x86的寄存器

 

内联汇编

GCC扩展内联汇编语法格式为:

[cpp] view plaincopy
 
  1. asm ( assembler template   
  2.          : output operands                  /* optional */  
  3.          : input operands                   /* optional */  
  4.          : list of clobbered registers      /* optional */  
  5.          );  

前文中"lock; cmpxchgl %2, %1"是汇编模板，指定汇编指令为cmpxchgl(AT&T格式)，%2为源操作数，%1为目标操作数。
“=a"(result), "=m"(*atomic) 是输出参数。
"r"(newval), "m"(*atomic), "0"(oldval)是输入参数。参数前面的双引号内容表示对参数的限制，

  • "r"是将参数放入寄存器中
  • "="表示write-only，之前的值直接被替换为新值
  • "a"表示eax寄存器
  • "m"表示直接操作内存，而不是通过寄存器
  • "0“表示使用和内联汇编中第一个操作数相同的寄存器，这里是和result使用相同的寄存器(eax)

上面的内联汇编

  1. 将oldval送到eax寄存器中
  2. 调用汇编指令cmpxchgl，newval和*atomic作为其源操作数和目标操作数
  3. 将汇编指令调用的结果(在寄存器eax中)返回给result。*atomic有可能被更新。

加上LOCK前缀，保证原子性；否则要将类似前文java中，循环重试直到更新成功。

Volatile则避免编译器优化，打乱顺序(reorder)。

总结

java中的CAS调用底层的CAS操作。

AtomicInteger ->　Unsafe  -> Unsafe c 代码 -> 内联汇编 -> 汇编

参考

unsafe的源码: http://classpath.sourcearchive.com/documentation/0.97.1/Unsafe_8java-source.html

compare and exchange c实现: http://flow.yellowcouch.org/active/doxygen/cmpxchg_8h_source.html

X86汇编参考: http://www.cs.virginia.edu/~evans/cs216/guides/x86.html

posted @ 2014-10-30 00:24  princessd8251  阅读(213)  评论(0)    收藏  举报