java的无锁原子类

 

 

 

举个栗子：

原子性问题我们前面一直都是采用的互斥锁方案。 其实对于简单的原子性问题，还有一种无锁方案。Java SDK 并发包将这种无锁方案封装提炼之后，实现了一系列的原子类。

 

下面 Test中add的方法在，在多线程的情况下count最终可能<100000；因为 add 方法是非线程安全的。

public class myTest {
    long count = 0;
    void add(){
    int  idx =  0;
    while(idx++  < 100000)    {
           count += 1;
        }
} 
}

在下面的代码中，我们将原来的 long 型变量 count 替换为了原子类 AtomicLong，原来的 count+=1替换成了 count.getAndIncrement()，仅需要这两处简单的改动就能使add() 方法变成线程安全的，原子类的使用还是挺简单的。

public class myTest {
    AtomicLong count = new AtomicLong(0);
    void add(){
        int  idx =  0;
        while(idx++  < 100000) {
            count.getAndIncrement();
            }
    }
}

As you know（AYouK）, 互斥锁方案为了保证互斥性，需要频繁的执行加锁、解锁操作，而加锁、解锁操作本身就消耗性能；若拿不到锁的线程还会进入阻塞状态，进而触发线程切换，线程切换对性能的消耗也很大。 相比之下，无锁方案则完全没有加锁、解锁的性能消耗，同时还能保证互斥性，既解决了问题，又没有带来新的问题，可谓绝佳方案。可见它最大的好处就是性能。那它是如何做到的呢？  

 

不得不说的CAS（Compare And Swap，即“比较并交换”，自旋锁等等）

很多编程语言或者系统实现上都大量的使用了CAS。其实原子类性能高的秘密很简单，硬件支持而已。CPU 为了解决并发问题，提供了 CAS 指令。CAS 指令包含 3 个参数：共享变量的内存地址 A、用于比较的值 B 和共享变量的新值 C；并且只有当内存中地址 A 处的值等于 B时，才能将内存中地址 A 处的值更新为新值 C。

 

下面截取了GetAndIncrement的部分源码，调用了unsafe的 getAndAddLong方法。

 

 

Unsafe提供了三个方法用于CAS操作，分别是

public final native boolean compareAndSwapObject(Object value, long valueOffset, Object expect, Object update);

public final native boolean compareAndSwapInt(Object value, long valueOffset, int expect, int update);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object value, long valueOffset, long expect, long update);

• value 表示 需要操作的对象
• valueOffset 表示 对象(value)的地址的偏移量（通过Unsafe.objectFieldOffset(Field valueField)获取）
• expect 表示更新时value的期待值
• update 表示将要更新的值

具体过程为每次在执行CAS操作时，线程会根据valueOffset去内存中获取当前值去跟expect的值做对比如果一致则修改并返回true，如果不一致说明有别的线程也在修改此对象的值，则返回false

总结

无锁方案相对于互斥锁方案，优点非常多，首先性能好，其次是基本不会出现死锁问题（但可能出现饥饿和活锁问题，因为自旋会反复重试）。Java 提供的原子类大部分都实现了compareAndSet() 方法，基于 compareAndSet() 方法，你可以构建自己的无锁数据结构，但是建议你不要这样做，因为无锁算法没你想象的那么简单。Java 提供的原子类能够解决一些简单的原子性问题，但你可能会发现，上面我们所有原子类的方法都是针对一个共享变量的，如果你需要解决多个变量的原子性问题，建议还是使用互斥锁方案。

 

原子类虽好，但使用要慎之又慎。

 

public static void main(String[] args) {
    long count =  0;
    int    idx    =  0;
    while(idx++    <  10000) {
        count  += 1;
}
    System.out.println(count);

}