无锁(CAS)编程

 1.  无 锁类 的原理 详 解

1.1.CAS

       CAS算法的过程是这样：它包含3个参数CAS(V,E,N)。V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果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。最后，CAS返回当前V的真实值。CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即时没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

1.2.CPU 指令

    CAS操作是在一条cpu指令中完成。具有原子性，线程安全

cmpxchg
/*
accumulator = AL, AX, or EAX, depending on whether
a byte, word, or doubleword comparison is being performed
*/
if(accumulator == Destination) {
ZF = 1;
Destination = Source;
}
else {
ZF = 0;
accumulator = Destination;
}

 

2.  无 锁类 

2.1AtomicInteger

AtomicInteger和Integer一样，都继承与Number类

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable

 AtomicInteger里面有很多CAS操作，典型的有：

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

 这里来解释一下unsafe.compareAndSwapInt方法，他的意思是，对于this这个类上的偏移量为valueOffset的变量值如果与期望值expect相同，那么把这个变量的值设为update。

其实偏移量为valueOffset的变量就是value

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

 

我们此前说过，CAS是有可能会失败的，但是失败的代价是很小的，所以一般的实现都是在一个无限循环体内，直到成功为止。

public final int getAndIncrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

Unsafe类中使用

从类名就可知，Unsafe操作是非安全的操作，比如：

• 根据偏移量设置值（在刚刚介绍的AtomicInteger中已经看到了这个功能）
• park()（把这个线程停下来，在以后的Blog中会提到）
• 底层的CAS操作

非公开API，在不同版本的JDK中，可能有较大差异

 

2.2 AtomicReference（模板类）、AtomicStampedReference、AtomicIntegerArray(无锁数组)不一一列举

2.3 AtomicIntegerFieldUpdater(普通变量也享受原子)

2.3.1. 概述

让普通变量也享受原子操作

2.3.2. 主要接口

AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater()

incrementAndGet()

2.3.3. 小 说 明

1.Updater只能修改它可见范围内的变量。因为Updater使用反射得到这个变量。如果变量不可见，就会出错。

比如如果score申明为private，就是不可行的。

2.为了确保变量被正确的读取，它必须是volatile类型的。如果我们原有代码中未申明这个类型，那么简单得

申明一下就行，这不会引起什么问题。

3.  由于CAS操作会通过对象实例中的偏移量直接进行赋值，因此，它不支持static字段（Unsafe.

objectFieldOffset()不支持静态变量）。