多线程系列二：原子操作

什么是原子操作

不可被中断的一个或者一系列操作

count++并不是一个原子操作，存在从内存读count，然后把count+1，再把加1后的值刷回内存三个操作步骤

实现原子操作的方式

Java可以通过锁和循环CAS的方式实现原子操作

循环CAS：在一个（死）循环【for(;;)】里不断进行CAS操作，直到成功为止（自旋操作即死循环）。

CAS（ Compare And Swap ）  为什么要有CAS？

Compare And Swap就是比较并且交换的一个原子操作，由Cpu在指令级别上进行保证。

为什么要有CAS：因为通过锁实现原子操作时，其他线程必须等待已经获得锁的线程运行完以后才能获得资源，这样就会占用系统的大量资源

CAS包含哪些参数？

CAS包含三个参数：

1、变量所在内存地址V；

2、变量当前的值A；

3、我们将要修改的值B。

如果说V上的变量的值是A的话，就用B重新赋值，如果不是A，那就什么事也不做。

CAS实现原子操作的三大问题

1、 ABA问题：其他的线程把值改成了C，很快改成了A，此时当前线程去修改值时就会认为A的值没有改变而继续修改成B，这样会有问题。

  解决ABA问题：引入版本号：1A-》2C-》3A,每次修改都加个版本号 发现版本号变了 说明值被改了就继续CAS操作

2、 循环时间很长的话，cpu的负荷比较大

3、 对一个变量进行操作可以，同时操作多个共享变量有点麻烦，

       解决方法：java提供了一个类AtomicReference来把几个变量写到类里面作为成员变量进行操作

CAS线程安全（面试点）

通过硬件层面的阻塞实现原子操作的安全

拿AtomicInteger的CAS来举例，调用的是C的底层方法，所以是通过硬件层面的阻塞实现原子操作的安全

 

原子更新基本类型类

AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference。

AtomicInteger的常用方法如下

·int addAndGet（int delta）： 进行添加操作以后获取加操作之后的值

·boolean compareAndSet（int expect，int update）： 比较并且切换如果当前值是expect就修改为update

·int getAndIncrement()： 原子递增，但是返回的是自增以前的值

incrementAndGet：原子递增，但是返回的是自增以后的值

·int getAndSet（int newValue）： 获取修改前的值并设置新值

package com.lgs.atomicint;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

// 原子更新基本类型类
public class AtomicIntTest {

    static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("获取当前值：" + ai.get());
        System.out.println("先获取当前值再进行加1操作：" + ai.getAndIncrement());
        System.out.println("先进行加一操作再获取加1后的值：" + ai.incrementAndGet());
        System.out.println("获取当前值：" + ai.get());
        System.out.println("先获取当前值再进行设置操作：" + ai.getAndSet(8));
        System.out.println("获取当前值：" + ai.get());
    }
}

输出：

获取当前值：1

先获取当前值再进行加1操作：1

先进行加一操作再获取加1后的值：3

获取当前值：3

先获取当前值再进行设置操作：3

获取当前值：8

原子更新数组类

AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray

AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，

其常用方法如下。

·int addAndGet（int i，int delta）： 

·boolean compareAndSet（int i，int expect，int update）： 

数组通过构造方法传入，类会将数组复制一份，原数组不会发生变化。

package com.lgs.atomicarray;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;

// 原子更新数组类
// 数组通过构造方法传入，类会将数组复制一份，原数组不会发生变化。
public class AtomicArray {

    // 初始化一个数组
    static int[] array = new int[] {1,2};
    // 把初始化的数组传入原子整型数组里面
    static AtomicIntegerArray aia = new AtomicIntegerArray(array);
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("获取数组里第一个值并设置为3：" + aia.getAndSet(0, 3));
        System.out.println("获取数组里第一个值：" + aia.get(0));
        // 数组通过构造方法传入，类会将数组复制一份，原数组不会发生变化。
        System.out.println("获取原始数组里第一个值：" + array[0]);
    }
}

输出：

获取数组里第一个值并设置为3：1

获取数组里第一个值：3

获取原始数组里第一个值：1

原子更新引用类型提供的类。

·AtomicReference： 可以解决更新多个变量的问题

·AtomicStampedReference：解决ABA问题 使用数字作为版本 关心得是有几个人改过

·AtomicMarkableReference：解决ABA问题 使用Boolean作为版本，关心的是有没有修改过

package com.lgs.atomiref;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

// 原子更新引用类型提供的类
public class AtomicRef {

    // 定义一个原子更新引用类型User
    static AtomicReference<User> userRef = new AtomicReference<>();
    
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("lgs", 18);
        userRef.set(user);
        System.out.println("更新前的名字：" + userRef.get().getName());
        System.out.println("更新前的年龄：" + userRef.get().getOld());
        User updateUser  = new User("ll", 19);
        // 比较并且切换, 如果当前值是user就更新为updateUser
        userRef.compareAndSet(user, updateUser);
        System.out.println("更新后的名字：" + userRef.get().getName());
        System.out.println("更新后的年龄：" + userRef.get().getOld());
    }
    
    // 先定义一个类型
    static class User{
        // 姓名
        private String name;
        
        // 年龄
        private int old;
        
        public User(String name, int old) {
            this.name = name;
            this.old = old;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        public int getOld() {
            return old;
        }

        public void setOld(int old) {
            this.old = old;
        }
    }
}

输出：

更新前的名字：lgs
更新前的年龄：18
更新后的名字：ll
更新后的年龄：19

原子更新字段类

Atomic包提供了以下3个类进行原子字段更新。

·AtomicReferenceFieldUpdater： 

·AtomicIntegerFieldUpdater： 

·AtomicLongFieldUpdater：

违反了面向对象的原则，一般不使用

getAndAdd(i, delta)