15-原子变量与非阻塞同步机制

锁的劣势：

1，线程等待锁，不能做其他事情（如果占用锁的线程阻塞，则等待队列一直等待），优先级反转

2，同步成本比较高

3，当前线程获取锁失败，则将当前线程挂起，活跃性问题，cpu利用率低

 

volitile比锁更轻量的同步机制

优点：没有上下文切换和线程调度，可见性保证

缺点：不能构建原子的复合操作

 

硬件对并发的支持

1，比较并交换指令 CAS：

　　三个参数（内存位置，比较的值，新值）

　　如果值被其他线程修改，CAS能检测到这个错误，返回失败但不会挂起（相比锁而言）

　　减少了活跃性风险

　　存在活锁问题

　　缺点：

　　需要调用者处理竞争问题：重试，回退，放弃（锁能自动处理竞争问题，挂起（阻塞）等待线程）

　　CAS的性能跟CPU处理器数有关，需要处理处理器之间的同步

　　

2，JVM对对CAS的支持

　　编译为对应的CAS指令，如果硬件平台不支持CAS，则自旋锁（spin）

 

原子变量类：

　　比锁的粒度更细（竞争范围缩小到单个变量上），量级更轻

　　快速路径

　　泛化的volatile变量，支持原子的 有条件的 读-改-写操作

　　更高的可伸缩性

　　4组共12个原子变量类：

　　　　标量类：AtomicInteger AtomicLong AtomicBoolean AtomicReference（支持算数运算：AtomicInteger AtomicLong）

　　　　　　其他基本类型（char，byte）可以通过类型转换为int，浮点类型（floatToIntBits，floatToLongBits）来使用标量类

　　　　　　标量类没有扩展基本类型包装类，因为基本类型包装类是不可修改final的

　　　　更新器类：AtomicIntegerFieldUpdater AtomicLongFieldUpdater AtomicReferenceFieldUpdater

　　　　数组类：AtomicReferenceArray AtomicIntegerArray AtomicLongArray

　　　　　　数组元素可以实现原子更新，给数组元素提供了volatile类型的访问语意，volatile数组仅对数组引用本身有volatile语意

　　　　复合变量类：AtomicMarkableReference, AtomicStampedReference（AtomicReference的功能增强版，解决CAS的ABA问题）

1，better version of volatile

　　竞态条件

　　破坏数据一致性

2，性能比较： 锁 vs 原子变量

　　可伸缩性差异

　　

　　超高度竞争条件下，原子变量调用者需要处理竞争的管理（重试），重试在激烈的竞争环境下导致了更多的竞争

　　但总的来说，原子变量的性能将超过锁，锁会挂起线程，降低cpu使用率和共享内存总线上的同步通信量

　　可伸缩性 原子变量 > 锁

　　中低端强度竞争 原子变量 > 锁

　　高强度竞争 原子变量 < 锁

　　ThreadLocal是无锁的

 

非阻塞算法

1，非阻塞的栈

　　关键：如何将原子修改的范围缩小到单个变量上，同时还要维护数据一致性

　　栈的结构：每个元素仅指向一个元素，每个元素只被一个元素引用

 

　　compareAndSet既提供了原子性，又提供了可见性

 　　竞争失败时必须重试

2，非阻塞的链表

　　队列的结构：头结点和尾节点，头指针和尾指针，有两个指针会指向尾节点，最后一个元素的next指针和尾指针，插入元素时需要保证这两个指针操作的原子性操作

 

3，原子的域更新器

　　更新目标类实例中的指定域，原子性更新，原子性保证更弱一点（因为只能保证使用其他使用原子域更新器的线程的原子性）

　　volatile域

 

4，ABA问题

　 CAS引起的一个问题：三个线程CAS一个值A，t1:A->B，t2:B->A，t3看到A值可能没有变，认为A没有被更新，实际上是被更新过

　解决方案：

　　增加版本号，每更新一次，增加一次版本号　　

    　支持在两个变量上执行原子的条件更新 AtomicMarkableReference, AtomicStampedReference