原子操作

1. 原子操作 1.1 示例 原子操作 是个不可分割的操作。 在系统的所有线程中，你是不可能观察到原子操作完成了一半这种情况的； 它要么就是做了，要么就是没做，只有这两种可能。 不使用原子操作： # include <iostream> # include <thread> # include <atomic> using namespace std ; long num = 0 ; void addnum ( ) { for ( int i = 0 ; i < 100000 ; i ++ ) num ++ ; //不对全局变量进行互斥访问 } int main ( ) { int nthreads = 2 ; thread t [ nthreads ] ; for ( int i = 0 ; i < nthreads ; i ++ ) t [ i ] = thread ( addnum ) ; for ( auto & th : t ) th . join ( ) ; cout << num << endl ; return 0 ; } 输出结果： 最终结果为 109515 ，这个结果小于 200000 ，说明在对全局变量进行写的时候出现了下面的情况： 明明加了两次，但是因为访问不是互斥的，从而导致实际的值小。 使用原子操作可以避免这种情况的发生

原子性就是指该操作是不可再分的。 java.util.concurrent.atomic中有一组使用无锁算法实现的原子操作类。AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicLong 外还有 AtomicReference 。它们分别封装了对整数、整数数组、长整型、长整型数组和普通对象的多线程安全操作。 这些都是居于CAS算法实现的。CAS即：Compare and Swap,是比较并交换的意思。 CAS 简介 CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。 非阻塞算法 （nonblocking algorithms） 一个线程的失败或者挂起不应该影响其他线程的失败或挂起的算法。 现代的CPU提供了特殊的指令，可以自动更新共享数据，而且能够检测到其他线程的干扰，而 compareAndSet() 就用这些代替了锁定。 拿出AtomicInteger来研究在没有锁的情况下是如何做到数据正确性的。 private volatile int value; 首先毫无以为，在没有锁的机制下可能需要借助volatile原语，保证线程间的数据是可见的（共享的）。 这样才获取变量的值的时候才能直接读取。 public final int get() { return value; } 然后来看看

C++中对共享数据的存取在并发条件下可能会引起data race的undifined行为，需要限制并发程序以某种特定的顺序执行， 有两种方式：使用mutex保护共享数据，原子操作：针对原子类型操作要不一步完成，要么不做，不可能出现操作一半被切换CPU， 这样防止由于多线程指令交叉执行带来的可能错误。非原子操作下，某个线程可能看见的是一个其它线程操作未完成的数据。 std::atomic：例子 class Test { public: Test() = default; void CThreadFunc() { for (int i = 0; i < 10000; ++i) { //std::lock_guard<std::mutex> lck(Test::m_s_ivalue_mutex); //m_iValue需要加锁才可正常工作 m_iValue++; m_atomic_value++; //不加锁，也可正常工作 } } void Start() { std::vector<std::thread> threads; for (int i = 0; i < 10; ++i) { threads.push_back(std::thread(&Test::CThreadFunc, this)); } for (auto& th : threads) { if (th

本博客系列是学习并发编程过程中的记录总结。由于文章比较多，写的时间也比较散，所以我整理了个目录贴（传送门），方便查阅。 并发编程系列博客传送门 Java中提供了很多原子操作类来保证共享变量操作的原子性。这些原子操作的底层原理都是使用了CAS机制。在使用一门技术之前，了解这个技术的底层原理是非常重要的，所以本篇博客就先来讲讲什么是CAS机制，CAS机制存在的一些问题以及在Java中怎么使用CAS机制。 其实Java并发框架的基石一共有两块，一块是本文介绍的CAS，另一块就是AQS，后续也会写博客介绍。 什么是CAS机制 CAS机制是一种数据更新的方式。在具体讲什么是CAS机制之前，我们先来聊下在多线程环境下，对共享变量进行数据更新的两种模式：悲观锁模式和乐观锁模式。 悲观锁更新的方式认为：在更新数据的时候大概率会有其他线程去争夺共享资源，所以悲观锁的做法是：第一个获取资源的线程会将资源锁定起来，其他没争夺到资源的线程只能进入阻塞队列，等第一个获取资源的线程释放锁之后，这些线程才能有机会重新争夺资源。synchronized就是 java 中悲观锁的典型实现，synchronized使用起来非常简单方便，但是会使没争抢到资源的线程进入阻塞状态，线程在阻塞状态和Runnable状态之间切换效率较低（比较慢）。比如你的更新操作其实是非常快的

1 Atomic 原子类介绍 Atomic 翻译成中文是原子的意思。在化学上，我们知道原子是构成一般物质的最小单位，在化学反应中是不可分割的。在我们这里 Atomic 是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程干扰。 所以，所谓原子类说简单点就是具有原子/原子操作特征的类。 并发包 java.util.concurrent 的原子类都存放在 java.util.concurrent.atomic 下,如下图所示。 根据操作的数据类型，可以将JUC包中的原子类分为4类 基本类型 使用原子的方式更新基本类型 AtomicInteger：整型原子类 AtomicLong：长整型原子类 AtomicBoolean ：布尔型原子类 数组类型 使用原子的方式更新数组里的某个元素 AtomicIntegerArray：整型数组原子类 AtomicLongArray：长整型数组原子类 AtomicReferenceArray ：引用类型数组原子类 引用类型 AtomicReference：引用类型原子类 AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段 AtomicMarkableReference ：原子更新带有标记位的引用类型 对象的属性修改类型 AtomicIntegerFieldUpdater

本博客系列是学习并发编程过程中的记录总结。由于文章比较多，写的时间也比较散，所以我整理了个目录贴（传送门），方便查阅。 并发编程系列博客传送门 原子类型字段更新器 在 java.util.concurrent.atomic 中，原子类型字段更新器有以下三种： AtomicIntegerFieldUpdater：基于反射的工具类，可以原子性的更新指定对象的指定int类型字段。 AtomicLongFieldUpdater：基于反射的工具类，可以原子性的更新指定对象的指定long类型字段。 AtomicReferenceFieldUpdater：基于反射的工具类，可以原子性的更新指定对象的指定应用类型字段。 使用规则 原子类型字段更新器在内部通过Unsafe类的native方法保证操作的原子性。 关于原子类型字段更新器的使用需要注意以下几个方面： 字段必须是volatile类型的，用于保证可见性。 字段和字段更新器的访问类型(public/protected/private)必须一致。 字段只能是实例变量，不能是类变量(static)。 字段不能是final的变量，这样的字段不可修改。 如果要处理Integer和Long类型，则需要使用AtomicReferenceFieldUpdater 使用列子（以AtomicIntegerFieldUpdater为列） public class

Java中提供了很多原子操作类来保证共享变量操作的原子性。这些原子操作的底层原理都是使用了CAS机制。在使用一门技术之前，了解这个技术的底层原理是非常重要的，所以本篇文章就先来讲讲什么是CAS机制，CAS机制存在的一些问题以及在Java中怎么使用CAS机制。 其实Java并发框架的基石一共有两块，一块是本文介绍的CAS，另一块就是AQS，后续也会写文章介绍。 什么是CAS机制 CAS机制是一种数据更新的方式。在具体讲什么是CAS机制之前，我们先来聊下在多线程环境下，对共享变量进行数据更新的两种模式：悲观锁模式和乐观锁模式。 悲观锁更新的方式认为：在更新数据的时候大概率会有其他线程去争夺共享资源，所以悲观锁的做法是：第一个获取资源的线程会将资源锁定起来，其他没争夺到资源的线程只能进入阻塞队列，等第一个获取资源的线程释放锁之后，这些线程才能有机会重新争夺资源。synchronized就是java中悲观锁的典型实现，synchronized使用起来非常简单方便，但是会使没争抢到资源的线程进入阻塞状态，线程在阻塞状态和Runnable状态之间切换效率较低（比较慢）。比如你的更新操作其实是非常快的，这种情况下你还用synchronized将其他线程都锁住了，线程从Blocked状态切换回Runnable华的时间可能比你的更新操作的时间还要长。 乐观锁更新方式认为

无锁的概念   在谈论无锁概念时，总会关联起乐观派与悲观派，对于乐观派而言，他们认为事情总会往好的方向发展，总是认为坏的情况发生的概率特别小，可以无所顾忌地做事，但对于悲观派而已，他们总会认为发展事态如果不及时控制，以后就无法挽回了，即使无法挽回的局面几乎不可能发生。   这两种派系映射到并发编程中就如同加锁与无锁的策略，即加锁是一种悲观策略，无锁是一种乐观策略，因为对于加锁的并发程序来说，它们总是认为每次访问共享资源时总会发生冲突，因此必须对每一次数据操作实施加锁策略。 而无锁则总是假设对共享资源的访问没有冲突，线程可以不停执行，无需加锁，无需等待，一旦发现冲突，无锁策略则采用一种称为CAS的技术来保证线程执行的安全性，这项CAS技术就是无锁策略实现的关键，下面我们进一步了解CAS技术的奇妙之处。 无锁的执行者-CAS 介绍CAS CAS的全称是Compare And Swap 即比较交换，其算法核心思想如下 执行函数：CAS(V,E,N) 其包含3个参数 V表示要更新的变量 E表示预期值 N表示新值 如果V值等于E值，则将V的值设为N。若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。 通俗的理解就是CAS操作需要我们提供一个期望值，当期望值与当前线程的变量值相同时，说明还没线程修改该值，当前线程可以进行修改，也就是执行CAS操作，但如果期望值与当前线程不符

本博客系列是学习并发编程过程中的记录总结。由于文章比较多，写的时间也比较散，所以我整理了个目录贴（传送门），方便查阅。 并发编程系列博客传送门 在 java.util.concurrent.atomic 中，普通的原子类型有以下四种： AtomicBoolean：提供对基本数据类型boolean的原子性更新操作。 AtomicInteger：提供对基本数据类型int的原子性更新操作。 AtomicLong：提供对基本数据类型long的原子性更新操作。 AtomicReference ：这是一个泛型类，提供对引用类型的原子性更新操作。 数组相关的操作类有： AtomicLongArray：提供对int[]数组元素的原子性更新操作。 AtomicIntegerArray：提供对long[]数组元素的原子性更新操作。 AtomicReferenceArray：提供对引用类型[]数组元素的原子性更新操作。 由于上面的原子操作类的实现原理差不多，我们这边就选择 AtomicInteger 来分析。 代码分析 构造函数 public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID =

本博客系列是学习并发编程过程中的记录总结。由于文章比较多，写的时间也比较散，所以我整理了个目录贴（传送门），方便查阅。 并发编程系列博客传送门 本文是转载文章，原文请见 此博客 ，文章主要对 java.util.concurrent.atomic 开发包下的类进行整体概述与类别划分。 版本说明 在JDK1.5版本之前，多行代码的原子性主要通过synchronized关键字进行保证。 在JDK1.5版本，Java提供了原子类型专门确保变量操作的原子性。 开发包整体说明 原子类型位于java.util.concurrent.atomic包下，其主要类如下： 其类图关系如下： 原子类型划分 为了方面对这些类逐级掌握，我将这些原子类型分为以下几类： 普通原子类型：提供对boolean、int、long和对象的原子性操作。 AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong AtomicReference 原子类型数组：提供对数组元素的原子性操作。 AtomicLongArray AtomicIntegerArray AtomicReferenceArray 原子类型字段更新器：提供对指定对象的指定字段进行原子性操作。 AtomicLongFieldUpdater AtomicIntegerFieldUpdater