多线程之四：无锁的简单介绍

时间：2021-03-29 05:19:57

1. 无锁类的原理详解

    1.1.CAS

        CAS算法的过程是这样：它包含3个参数CAS(V,E,N)。V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V 值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么 都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成 操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程 不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS 操作即时没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

    1.2.CPU指令

        CAS操作不会涉及线程安全的问题，因为CAS操作是通过一条CPU指令进行的。

2. 无锁类的使用

    2.1.AtomicInteger

        2.1.1. 概述

            AtomicInteger 和Integer都是实现了Number接口。

    2.1.2. 主要方法

public final int get() //取得当前值

public final void set(int newValue) //设置当前值

public final int getAndSet(int newValue) //设置新值，并返回旧值

public final boolean compareAndSet(int expect, int u) //如果当前值为expect，则设置为u

public final int getAndIncrement() //当前值加1，返回旧值

public final int getAndDecrement() //当前值减1，返回旧值

public final int getAndAdd(int delta) //当前值增加delta，返回旧值

public final int incrementAndGet() //当前值加1，返回新值

public final int decrementAndGet() //当前值减1，返回新值

public final int addAndGet(int delta) //当前值增加delta，返回新值

    2.2.Unsafe

        2.2.1. 概述

        非安全的操作，比如：

        根据偏移量设置值

            park()

        底层的CAS操作

             非公开API，在不同版本的JDK中， 可能有较大差异

        2.2.2. 主要接口

//获得给定对象偏移量上的int值

public native int getInt(Object o, long offset);

//设置给定对象偏移量上的int值

public native void putInt(Object o, long offset, int x);

//获得字段在对象中的偏移量

public native long objectFieldOffset(Field f);

//设置给定对象的int值，使用volatile语义

public native void putIntVolatile(Object o, long offset, int x);

//获得给定对象对象的int值，使用volatile语义

public native int getIntVolatile(Object o, long offset);

//和putIntVolatile()一样，但是它要求被操作字段就是volatile类型的

public native void putOrderedInt(Object o, long offset, int x);


    2.3.AtomicReference

        2.3.1. 概述

        对引用进行修改

        是一个模板类，抽象化了数据类型

    2.3.2. 主要接口

        get()

        set(V)

        compareAndSet()

        getAndSet(V)


    2.4.AtomicStampedReference

        2.4.1. 概述

            我们会发现CAS操作还是有一个问题的

            比如之前的AtomicInteger的incrementAndGet方法

            假设当前value=1当某线程int current = get()执行后，切换到另一个线程，这个线程将1变成了2，然后又一个线程将2又变成了1。此时再切换到最开始的那个线程，由于value仍等于1，所以还是能执行CAS操作，当然加法是没有问题的，如果有些情况，对数据的状态敏感时，这样的过程就不被允许了。

        2.4.2. 主要接口

//比较设置 参数依次为：期望值 写入新值 期望时间戳 新时间戳

public boolean compareAndSet(V expectedReference,V newReference,int expectedStamp,int newStamp)

//获得当前对象引用

public V getReference()

//获得当前时间戳

public int getStamp()

//设置当前对象引用和时间戳

public void set(V newReference, int newStamp)

    2.5.AtomicIntegerArray

        2.5.1. 概述

        支持无锁的数组

        2.5.2. 主要接口

//获得数组第i个下标的元素

public final int get(int i)

//获得数组的长度

public final int length()

//将数组第i个下标设置为newValue，并返回旧的值

public final int getAndSet(int i, int newValue)

//进行CAS操作，如果第i个下标的元素等于expect，则设置为update，设置成功返回true

public final boolean compareAndSet(int i, int expect, int update)

//将第i个下标的元素加1

public final int getAndIncrement(int i)

//将第i个下标的元素减1

public final int getAndDecrement(int i)

//将第i个下标的元素增加delta（delta可以是负数）

public final int getAndAdd(int i, int delta)

    2.6.AtomicIntegerFieldUpdater

        2.6.1. 概述

        让普通变量也享受原子操作

        2.6.2. 主要接口

            AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater()

            incrementAndGet()

 

        2.6.3. 小说明

            1. Updater只能修改它可见范围内的变量。因为Updater使用反射得到这个变量。如果变量不可见，就会出错。 比如如果score申明为private，就是不可行的。

            2. 为了确保变量被正确的读取，它必须是volatile类型的。如果我们原有代码中未申明这个类型，那么简单得 申明一下就行，这不会引起什么问题。

            3. 由于CAS操作会通过对象实例中的偏移量直接进行赋值，因此，它不支持static字段（Unsafe. objectFieldOffset()不支持静态变量）。

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