Java中原子类的实现

时间：2024-01-18 09:03:38

　　Java提供的原子类是靠 sun 基于 CAS 实现的，CAS 是一种乐观锁。关于乐观锁与悲观锁。

　　原子变量类相当于一种泛化的 volatile 变量，能够支持原子的和有条件的读-改-写操作。AtomicInteger 表示一个int类型的值，并提供了 get 和 set 方法，这些 Volatile 类型的int变量在读取和写入上有着相同的内存语义。它还提供了一个原子的 compareAndSet 方法（如果该方法成功执行，那么将实现与读取/写入一个 volatile 变量相同的内存效果），以及原子的添加、递增和递减等方法。AtomicInteger 表面上非常像一个扩展的 Counter 类，但在发生竞争的情况下能提供更高的可伸缩性，因为它直接利用了硬件对并发的支持。

AtomicInteger的实现

　　AtomicInteger 是一个支持原子操作的 Integer 类，就是保证对 AtomicInteger 类型变量的增加和减少操作是原子性的，不会出现多个线程下的数据不一致问题。如果不使用 AtomicInteger，要实现一个按顺序获取的 ID，就必须在每次获取时进行加锁操作，以避免出现并发时获取到同样的 ID 的现象。

　　接下来通过源代码来看 AtomicInteger 具体是如何实现的原子操作。

　　首先看 value 的声明：

private volatile int value;

　　volatile 修饰的 value 变量，保证了变量的可见性。

　　incrementAndGet() 方法，下面是具体的代码：

public final int incrementAndGet() {

        for (;;) {

            int current = get();

            int next = current + 1;

            if (compareAndSet(current, next))

                return next;

        }

 }

　　通过源码，可以知道，这个方法的做法为先获取到当前的 value 属性值，然后将 value 加 1，赋值给一个局部的 next 变量，然而，这两步都是非线程安全的，但是内部有一个死循环，不断去做 compareAndSet 操作，直到成功为止，也就是修改的根本在 compareAndSet 方法里面，compareAndSet()方法的代码如下：

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

        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

}

　　compareAndSet()方法调用的compareAndSwapInt()方法的声明如下，是一个native方法。

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, intvar5);

　　compareAndSet 传入的为执行方法时获取到的 value 属性值，next 为加 1 后的值， compareAndSet 所做的为调用 Sun 的 UnSafe 的 compareAndSwapInt 方法来完成，此方法为 native 方法，compareAndSwapInt 基于的是 CPU 的 CAS 指令来实现的。所以基于 CAS 的操作可认为是无阻塞的，一个线程的失败或挂起不会引起其它线程也失败或挂起。并且由于 CAS 操作是 CPU 原语，所以性能比较好。

　　类似的，还有 decrementAndGet() 方法。它和 incrementAndGet() 的区别是将 value 减 1，赋值给next 变量。

AtomicInteger 中还有 getAndIncrement() 和 getAndDecrement() 方法，他们的实现原理和上面的两个方法完全相同，区别是返回值不同，前两个方法返回的是改变之后的值，即 next。而这两个方法返回的是改变之前的值，即 current。还有很多的其他方法，就不列举了。

CAS算法

CAS（Compare-And-Swap）算法保证数据操作的原子性。

CAS 算法是硬件对于并发操作共享数据的支持。

CAS 包含了三个操作数：
　　内存值 V
　　预估值 A
　　更新值 B

当且仅当 V == A 时，V 将被赋值为 B，否则循环着不断进行判断 V 与 A 是否相等。

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