感谢这两位博主的文章,文章源于:
https://www.cnblogs.com/chenpi/p/5375805.html
https://blog.csdn.net/fanrenxiang/article/details/80623884
版本:dk1.5后提供了,java.util.concurrent.atomic包
作用:方便程序员在多线程环境下,无锁的进行原子性操作
底层:原子变量的底层使用了处理器提供的原子指令,但是不同的CPU架构可能提供的原子指令不一样,也有可能需要某种形式的内部锁,所以该方法不能绝对保证线程不被阻塞
内部核心:Atomic包里内部实现不是简单的使用synchronized,而是一个更为高效的方式CAS (compare and swap) + volatile和native方法(同步的工作更多的交给了硬件),从而避免了synchronized的高开销,执行效率大为提升
关于CAS:
compare and swap,比较和替换技术,将预期值与当前变量的值比较(compare),如果相等则使用新值替换(swap)当前变量,否则不作操作;
现代CPU已广泛支持CAS指令,如果不支持,那么JVM将使用自旋锁,与互斥锁一样,两者都需先获取锁才能访问共享资源,但互斥锁会导致线程进入睡眠,而自旋锁会一直循环等待直到获取锁;
另外,有一点需要注意的是CAS操作中的ABA问题,即将预期值与当前变量的值比较的时候,即使相等也不能保证变量没有被修改过,因为变量可能由A变成B再变回A,解决该问题,可以给变量增加一个版本号,每次修改变量时版本号自增,比较的时候,同时比较变量的值和版本号即可;
Atomic包中原子方式基本更新类型:
1.AtomicBoolean:原子更新布尔类型。
2.AtomicInteger:原子更新整型。
3.AtomicLong:原子更新长整型。
以AtomicInteger为例,源码:
package concurrency;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class AtomicIntegerTest { static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1); public static void main(String[] args) {
//相当于i++,返回的是旧值,看方法名就知道,先获取再自增
System.out.println(ai.getAndIncrement());
System.out.println(ai.get());
//先自增,再获取
System.out.println(ai.incrementAndGet());
System.out.println(ai.get());
//增加一个指定值,先add,再get
System.out.println(ai.addAndGet(5));
System.out.println(ai.get());
//增加一个指定值,先get,再set
System.out.println(ai.getAndSet(5));
System.out.println(ai.get());
} }
为什么需要AtomicInteger原子操作类?
对于Java中的运算操作,例如自增或自减,若没有进行额外的同步操作,在多线程环境下就是线程不安全的。num++解析为num=num+1,明显,这个操作不具备原子性,多线程并发共享这个变量时必然会出现问题。测试代码如下:
public class AtomicIntegerTest { private static final int THREADS_CONUT = 20;
public static int count = 0; public static void increase() {
count++;
} public static void main(String[] args) {
Thread[] threads = new Thread[THREADS_CONUT];
for (int i = 0; i < THREADS_CONUT; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
increase();
}
}
});
threads[i].start();
} while (Thread.activeCount() > 1) {
Thread.yield();
}
System.out.println(count);
}
}
这里运行了20个线程,每个线程对count变量进行1000此自增操作,如果上面这段代码能够正常并发的话,最后的结果应该是20000才对,但实际结果却发现每次运行的结果都不相同,都是一个小于20000的数字。
再用AtomicInteger:
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class AtomicIntegerTest { private static final int THREADS_CONUT = 20;
public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public static void increase() {
count.incrementAndGet();
} public static void main(String[] args) {
Thread[] threads = new Thread[THREADS_CONUT];
for (int i = 0; i < THREADS_CONUT; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
increase();
}
}
});
threads[i].start();
} while (Thread.activeCount() > 1) {
Thread.yield();
}
System.out.println(count);
}
}
结果每次都输出20000,程序输出了正确的结果,这都归功于AtomicInteger.incrementAndGet()方法的原子性。
注意:Atomic包提供了三种基本类型的原子更新,剩余的Java的基本类型还有char,float和double等,其更新方式可以参考AtomicBoolean的思路来现,AtomicBoolean是把boolean转成整型再调用compareAndSwapInt进行CAS来实现的,类似的short和byte也可以转成整形,float和double可以利用Float.floatToIntBits,Double.doubleToLongBits转成整形和长整形进行相应处理;
在中低程度的竞争下,原子类提供更高的伸缩性;在高强度的竞争下,锁能更好的帮助我们避免竞争。(来自《并发编程实战》)
所以,我们要视情况而定,若资源竞争规模不大,控制粒度较小,使用原子类比使用锁更好,能提高效率与性能