JAVA中相关原子操作详解

Java中的原子操作类详解

1、原子更新基本类型类 2、原子更新数组 3、原子更新引用类型 4、原子更新字段类 5、CAS算法 6、ABA问题

当更新一个变量时，如果多线程同时更新这个变量，为了保证多线程不会更新这个变量，一般使用关键字synchronized来保证多线程不会同时修改该变量。

jdk1.5后，java.util.concurrent.atomi包下提供了更简洁，高效和安全的原子操作类：

1、原子更新基本类型类

AtomicInteger：整型原子类
AtomicLong：长整型原子类
AtomicBoolean ：布尔型原子类
AtomicInteger 类主要利用 CAS (compare and swap) + volatile 和 native 方法来保证原子操作，从而避免synchronized 的高开销，执行效率大为提升。
CAS的原理是拿期望的值和原本的一个值作比较，如果相同则更新成新的值。UnSafe 类的objectFieldOffset() 方法是一个本地方法，这个方法是用来拿到“原来的值”的内存地址。另外 value 是一个volatile变量，在内存中可见，因此 JVM 可以保证任何时刻任何线程总能拿到该变量的最新值。

源码：

   // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;

    static {
        try {
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

例子

/**
 * 多线程环境不使用原子类保证线程安全（基本数据类型）
 * @author T-lih
 */
public class AtomicDemo1 {
    private volatile int count = 0;
    //若要线程安全执行执行count++，需要加锁
    public synchronized void incrementAdd() {
        count++;
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

/**
 * 多线程环境使用原子类保证线程安全（基本数据类型）
 */
public class AtomicDemo2 {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }
    //使用AtomicInteger之后，不需要加锁，也可以实现线程安全。
    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

2、原子更新数组

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

3、原子更新引用类型

AtomicReference：引用类型原子类
AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段
AtomicMarkableReference ：原子更新带有标记的引用类型。该类将 boolean 标记与引用关联起来

4、原子更新字段类

AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整型字段的更新器
AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器
AtomicStampedReference ：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于解决原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用 CAS 进行原子更新时可能出现的 ABA 问题。

5、CAS算法

即compare and swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。CAS算法涉及到三个操作数