深入淺出java原子操作

原創

不知所云zzy

2020-02-21 11:52

原文地址：深入淺出java原子操作作者：opaljc

轉自http://www.blogjava.net/xylz/archive/2010/07/04/325206.html

part1 從AtomicInteger開始

從相對簡單的Atomic入手（java.util.concurrent是基於Queue的併發包，而Queue，很多情況下使用到了Atomic操作，因此首先從這裏開始）。很多情況下我們只是需要一個簡單的、高效的、線程安全的遞增遞減方案。注意，這裏有三個條件：簡單，意味着程序員儘可能少的操作底層或者實現起來要比較容易；高效意味着耗用資源要少，程序處理速度要快；線程安全也非常重要，這個在多線程下能保證數據的正確性。這三個條件看起來比較簡單，但是實現起來卻難以令人滿意。

通常情況下，在Java裏面，++i或者--i不是線程安全的，這裏面有三個獨立的操作：或者變量當前值，爲該值+1/-1，然後寫回新的值。在沒有額外資源可以利用的情況下，只能使用加鎖才能保證讀-改-寫這三個操作時“原子性”的。

Doug Lea在未將backport-util-concurrent 合併到JSR 166 裏面來之前，是採用純Java實現的，於是不可避免的採用了synchronized關鍵字。

public final synchronized void set(int newValue);

public final synchronized int getAndSet(int newValue);

public final synchronized int incrementAndGet();

同時在變量上使用了volatile （後面會具體來講volatile到底是個什麼東東）來保證get()的時候不用加鎖。儘管synchronized的代價還是很高的，但是在沒有JNI的手段下純Java語言還是不能實現此操作的。

JSR 166提上日程後，backport-util-concurrent就合併到JDK 5.0裏面了，在這裏面重複使用了現代CPU的特性來降低鎖的消耗。後本章的最後小結中會談到這些原理和特性。在此之前先看看API的使用。

一切從java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger開始。

int addAndGet(int delta)
以原子方式將給定值與當前值相加。實際上就是等於線程安全版本的i =i+delta操作。

boolean compareAndSet(int expect, int update)
如果當前值 == 預期值，則以原子方式將該值設置爲給定的更新值。如果成功就返回true，否則返回false，並且不修改原值。

int decrementAndGet()
以原子方式將當前值減 1。相當於線程安全版本的--i操作。

int get()
獲取當前值。

int getAndAdd(int delta)
以原子方式將給定值與當前值相加。相當於線程安全版本的t=i;i+=delta;return t;操作。

int getAndDecrement()
以原子方式將當前值減 1。相當於線程安全版本的i--操作。

int getAndIncrement()
以原子方式將當前值加 1。相當於線程安全版本的i++操作。

int getAndSet(int newValue)
以原子方式設置爲給定值，並返回舊值。相當於線程安全版本的t=i;i=newValue;return t;操作。

int incrementAndGet()
以原子方式將當前值加 1。相當於線程安全版本的++i操作。

void lazySet(int newValue)
最後設置爲給定值。延時設置變量值，這個等價於set()方法，但是由於字段是volatile類型的，因此次字段的修改會比普通字段（非volatile字段）有稍微的性能延時（儘管可以忽略），所以如果不是想立即讀取設置的新值，允許在“後臺”修改值，那麼此方法就很有用。如果還是難以理解，這裏就類似於啓動一個後臺線程如執行修改新值的任務，原線程就不等待修改結果立即返回（這種解釋其實是不正確的，但是可以這麼理解）。

void set(int newValue)
設置爲給定值。直接修改原始值，也就是i=newValue操作。

boolean weakCompareAndSet(int expect, int update)
如果當前值 == 預期值，則以原子方式將該設置爲給定的更新值。JSR規範中說：以原子方式讀取和有條件地寫入變量但不創建任何 happen-before 排序，因此不提供與除 weakCompareAndSet 目標外任何變量以前或後續讀取或寫入操作有關的任何保證。大意就是說調用weakCompareAndSet時並不能保證不存在happen-before的發生（也就是可能存在指令重排序導致此操作失敗）。但是從Java源碼來看，其實此方法並沒有實現JSR規範的要求，最後效果和compareAndSet是等效的，都調用了 unsafe.compareAndSwapInt()完成操作。

下面的代碼是一個測試樣例，爲了省事就寫在一個方法裏面來了。