java中,可能有一些场景,操作非常简单,但是容易存在并发问题,比如i++,
此时,如果依赖锁机制,可能带来性能损耗等问题,
于是,如何更加简单的实现原子性操作,就成为java中需要面对的一个问题。
在backport-util-concurrent没有被引入java1.5并成为JUC之前,
这些原子类和原子操作方法,都是使用synchronized实现的。
不过JUC出现之后,这些原子操作 基于JNI提供了新的实现,
比如AtomicInteger,AtomicLong,AtomicBoolean,AtomicReference,AtomicIntegerArray/AtomicLongArray/AtomicReferenceArray;
这些操作中提供一些原子化操作,比如incrementAndGet(相当于i++),compareAndSet(安全赋值)等,直接读源代码也很容易懂。
以AtomicInteger为例,看看它是怎么做到的:
如果是读取值,很简单,将value声明为volatile的,就可以保证在没有锁的情况下,数据是线程可见的:
1 private volatile int value;
public final int get() {
2 return value;
3 }
那么,涉及到值变更的操作呢?以AtomicInteger实现:++i为例:
1 public final int incrementAndGet() {
2 for (;;) {
3 int current = get();
4 int next = current + 1;
5 if (compareAndSet(current, next))
6 return next;
7 }
8 }
在这里采用了CAS操作,每次从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作,如果成功就返回结果,否则重试直到成功为止。
而这里的comparAndSet(current,next),就是前面介绍CAS的时候所说的依赖JNI实现的乐观锁做法:
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
数组原子化
注意,Java中Atomic*Array,并不是对整个数组对象实现原子化(也没有必要这样做),而是对数组中的某个元素实现原子化。
例如,对于一个整型原子数组,其中的原子方法,都是对每个元素的:
1 public final int getAndDecrement(int i) {
2 while (true) {
3 int current = get(i);
4 int next = current - 1;
5 if (compareAndSet(i, current, next))
6 return current;
7 }
8 }
引用的原子化操作
引用的操作本身不就是原子的吗?
一个对象的引用,从A切换到B,本身也不会出现 非原子操作啊?这种想法本身没有什么问题,
但是考虑下嘛的场景:对象a,当前执行引用a1,
线程X期望将a的引用设置为a2,也就是a=a2,
线程Y期望将a的引用设置为a3,也就是a=a3。
X要求,a必须从a1变为a2,也就是说compareAndSet(expect=a1,setValue=a2);
Y要求,a必须从a1变为a3,也就是说compareAndSet(expect=a1,setValue=a3)。
如果严格遵循要求,应该出现X把a的引用设置为a2后,Y线程操作失败的情况,也就是说:
X:a==a1--> a=a2;
Y:a!=a1 --> Exception;
如果没有原子化,那么Y会直接将a赋值为a3,从而导致出现脏数据。
这就是原子引用AtomicReference存在的原因。
1 public final V getAndSet(V newValue) {
2 while (true) {
3 V x = get();
4 if (compareAndSet(x, newValue))
5 return x;
6 }
7 }
注意,AtomicReference要求引用也是volatile的。
Updater原子化
其它几个Atomic类,都是对被volatile修饰的基本数据类型的自身数据进行原子化操作,
但是如果一个被volatile修饰的变量本身已经存在在类中,那要如何提供原子化操作呢?
比如,一个Person,其中有个属性为age,private volatile int age,
如何对age提供原子化操作呢?
1 private AtomicIntegerFieldUpdater<Person> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Person.class, "age");
2 updater.getAndIncrement(5);//加5岁
3 updater.compareAndSet(person, 30, 35)//如果一个人的年龄是30,设置为35。
Java中的Atomic包使用指南
参考: http://ifeve.com/java-atomic/