JUC 原子类

 

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volatile 变量

volatile变量具有可见性，也就是说线程能够自动发现volatile 变量的最新值；对volatile变量进行操作不会造成阻塞。

适用于：多个变量之间或者某个变量的当前值与修改后值之间没有约束。

正确使用volatile变量的条件：

1. 对变量的写操作不依赖于当前值。
2. 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

所以，volatile变量不支持像i++这样的原子操作，因为这条语句包含了三个步骤：读取-加1操作-写变量。

CAS操作

大多数CPU都提供了CAS操作指令，这条指令的作用是：对于一个变量var，如果它的当前值是excepted，则把它的值更新为newValue，否则就不更新。

由于JVM屏蔽了操作系统有关的细节，HotSpot虚拟机通过sun.misc.Unsafe类提供了这样的操作指令。

原子类

原子类是对volatile变量的增强，提供了一些稍微复杂的符合操作，如上面提到的i++操作。这里以java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger为例。

直接读写操作

AtomicInteger有一个volatile int value属性表示对象的值，这样，对变量的读写操作就可以借助volatile语义直接完成。

public final int get() {
     return value;
}

public final void set(int newValue) {
     value = newValue;
}

CAS操作

compareAndSet是通过unsafe类的本地方法来实现的，这个方法也是实现其他复合操作的方法的基础。

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
     return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

对变量的加减操作

CPU虽然提供了CAS这样的操作指令，但并没有提供类似这样的操作：对变量加一个指定的值，再返回旧值。但AtomicInteger类却能够提供，下面就看看里面的魔法：

public final int getAndAdd(int delta) {
     for (;;) {
          int current = get(); //step 1
          int next = current + delta; //step 2
          if (compareAndSet(current, next)) //step 3
               return current;
     }
}

这个方法很简洁，在一个无穷的循环里面不断尝试这样的操作序列：先取变量的当前值，进行加操作，然后用CAS操作设置新的值，如果设置成功则返回，否则继续尝试。

这里之所以要放到一个无穷循环里进行操作，是因为step 1之后，step 3成功之前，变量的值都有可能被改变，只要变量的值被其他线程修改了，就需要重试。但只要线程之间的写竞争不激烈，这个操作序列就总会成功。

总的来说，原子类的复合操作的实现思路是：CAS + 失败后不断重试。

其他的类似操作也是采用这样的思路实现的。

ABA问题

在上面的getAndAdd方法的实现里，线程T执行step1后、执行step3之前被挂起，另一个线程T2把value属性从A修改为B，然后又修改回A，那么T恢复执行时，它是不会发现value曾经被修改，继续执行step 3是成功的。这个问题就是ABA问题。

ABA问题的解决思路是给变量的值关联一个戳记，每次修改变量的值时同时改变戳记，那么即使变量的值不变也可以发现它是否被修改过。

AtomicBoolean

这里要特别说下的是AtomicBoolean的实现。boolean只能表示true或false，只需要一个比特位就够了，但所有CPU都不直接读写某个比特位，最小的也是字节。