并发之atomic原子操作（一）

并发之atomic原子操作（一）
Atomic类

Atomic类是一个简单的高效的、线程安全的递增递减方案，在多线程或者并发环境中，我们常常会遇到这种情况 int i=0; i++ 稍有经验的同学都知道这种写法是线程不安全的。为了达到线程安全的目的，我们通常会用synchronized来修饰对应的代码块。现在我们有了新的方法，就是使用J.U.C包下的atomic类。

Atomic 类的原理

一句话来说，atomic类是通过自旋CAS操作volatile变量实现的。

　　CAS是compare and swap的缩写，即比较后(比较内存中的旧值与预期值)交换(将旧值替换成预期值)。它是sun.misc包下Unsafe类提供的功能，需要底层硬件指令集的支撑。

　　使用volatile变量是为了多个线程间变量的值能及时同步。

为什么使用Atomic类

　　按理来说，使用synchroized已经能满足功能需求了。为什么还会有这个类呢？那肯定是性能的问题了。

　　在JDK1.6之前，synchroized是重量级锁，即操作被锁的变量前就对对象加锁，不管此对象会不会产生资源竞争。这属于悲观锁的一种实现方式。

　　而CAS会比较内存中对象和当前对象的值是否相同，相同的话才会更新内存中的值，不同的话便会返回失败。这是乐观锁的一中实现方式。这种方式就避免了直接使用内核状态的重量级锁。

　　但是在JDK1.6以后，synchronized进行了优化，引入了偏向锁，轻量级锁，其中也采用了CAS这种思想，效率有了很大的提升。（详情：https://www.cnblogs.com/yrjns/p/12152975.html）

Atomic类的缺点

1、ABA问题：

　　对于一个旧的变量值A,线程2将A的值改成B又改成可A,此时线程1通过CAS看到A并没有变化，但实际A已经发生了变化，这就是ABA问题。解决这个问题的方法很简单，记录一下变量的版本就可以了，在变量的值发生变化时对应的版本也做出相应的变化，然后CAS操作时比较一下版本就知道变量有没有发生变化。atomic包下AtomicStampedReference类实现了这种思路。Mysql中Innodb的多版本并发锁也是这个原理。

2、自旋问题：

　　atomic类会多次尝试CAS操作直至成功或失败，这个过程叫做自旋。通过自旋的过程我们可以看出自旋操作不会将线程挂起，从而避免了内核线程切换，但是自旋的过程也可以看做CPU死循环，会一直占用CPU资源。这种情形在单CPU的机器上是不能容忍的，因此自旋一般都会有个次数限制，即超过这个次数后线程就会放弃时间片，等待下次机会。因此自旋操作在资源竞争不激烈的情况下确实能提高效率，但是在资源竞争特别激烈的场景中，CAS操作会的失败率就会大大提高，这时使用中重量级锁的效率可能会更高。当前，也可以使用LongAdder类来替换，它则采用了分段锁的思想来解决并发竞争的问题。

Atomic在JAVA中的家族如下：
a、基本类：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean；
b、引用类型：AtomicReference、AtomicReference的ABA实例、AtomicStampedRerence、AtomicMarkableReference；
c、数组类型：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
d、属性原子修改器（Updater）：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater

Atomic的使用测试和讲解见：https://blog.csdn.net/xh16319/article/details/17056767
这里我们不对每一个Atomic类进行详细的测试和讲解，我们只需要知道Atomic底层是通过CAS操作实现的数据的原子性，其中AtomicStampedReference类解决了ABA问题（ABA问题在《CAS （全） && concurrent包的实现》中也有讲解）

AtomicInteger
AtomicInteger 类主要利用 CAS (compare and swap) + volatile 和 native 方法来保证原子操作，从而避免 synchronized 的高开销，执行效率大为提升。

CAS的原理是拿期望的值和原本的一个值作比较，如果相同则更新成新的值。UnSafe 类的 objectFieldOffset() 方法是一个本地方法，这个方法是用来拿到“原来的值”的内存地址。另外 value 是一个volatile变量，在内存中可见，因此 JVM 可以保证任何时刻任何线程总能拿到该变量的最新值。
部分源码：
```
 // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates（更新操作时提供“比较并替换”的作用）
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;

    static {
        try {
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }
private volatile int value;
```
常用方法

AtomicInteger和AtomicLong、AtomicBoolean三个类提供的方法几乎相同。
AtomicInteger 类常用方法：
```
public final int get() //获取当前的值
public final int getAndSet(int newValue)//获取当前的值，并设置新的值
public final int getAndIncrement()//获取当前的值，并自增
public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减
public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值
boolean compareAndSet(int expect, int update) //如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入值（update）
public final void lazySet(int newValue)//最终设置为newValue,使用 lazySet 设置之后可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。
```
原文：https://www.cnblogs.com/wanghaoyang/p/11041303.html

参考：https://blog.csdn.net/mulinsen77/article/details/84579858
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原文地址：https://www.cnblogs.com/yrjns/p/12208497.html

并发之atomic原子操作（一）

为什么使用Atomic类

Atomic类的缺点

常用方法