AQS之Atomic详解

目录

 

什么是原子性

Atomic基本属性

什么是CAS

AtomicInteger源码解析

Unsafe的线程调度

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什么是原子性

原子性(Atomicity): 指事务的不可分割性，一个事务的所有操作要么不间断地全部被执行，要么一个也没有执行。

 

Atomic基本属性

在Atomic包里一共有12个类，四种原子更新方式，分别是原子更新基本类型，原子更新数组，原子更新引用和原子更新字段。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

基本类：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean；

引用类型：AtomicReference、AtomicStampedRerence、AtomicMarkableReference；

数组类型：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray

属性原子修改器（Updater）：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater

 

1、原子更新基本类型类

用于通过原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下三个类：

AtomicBoolean：原子更新布尔类型。

AtomicInteger：原子更新整型。

AtomicLong：原子更新长整型。

AtomicInteger的常用方法如下：

int addAndGet(int delta) ：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回结果

boolean compareAndSet(int expect, int update) ：如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。

int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加1，注意：这里返回的是自增前的值。

void lazySet(int newValue)：最终会设置成newValue，使用lazySet设置值后，可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。

int getAndSet(int newValue)：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。

 

2、原子更新数组类

通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic包提供了以下三个类：

AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。

AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。

AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。

AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下

int addAndGet(int i, int delta)：以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。

boolean compareAndSet(int i, int expect, int update)：如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值。

 

3、原子更新引用类型

原子更新基本类型的AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子的更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic包提供了以下三个类：

AtomicReference：原子更新引用类型。

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。可以原子的更新一个布尔类型的标记位和引用类型。构造方法是AtomicMarkableReference(VinitialRef, boolean initialMark)

 

4、原子更新字段类

如果我们只需要某个类里的某个字段，那么就需要使用原子更新字段类，Atomic包提供了以下三个类：

AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。

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，可用于原子的更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。

原子更新字段类都是抽象类，每次使用都时候必须使用静态方法newUpdater创建一个更新器。原子更新类的字段的必须使用public volatile修饰符。

 

什么是CAS

先聊聊什么是CAS，compareAndSwap ，对比并且替换，顾名思义，先对比旧参数，相等则替换成新参数。

说到CAS，就要讲到Unsafe这个类。这个类就有点牛逼了，因为他可以操作底层的一些资源，比如系统内存资源等

Unsafe提供的API大致可分为内存操作、CAS、Class相关、对象操作、线程调度、系统信息获取、内存屏障、数组操作等几类，我就不一一介绍了。我们主要了解一下其中的CAS。

我们进入Unsafe类中，可以看到这三个本地方法：

public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);

以compareAndSwapInt来分析一下他的参数的含义：var1就是要修改这个参数的对象，var2对象中参数的偏移量，因为对象和参数是存中cache line中，这个偏移量就是找到这个参数是在cache line的哪个具体的位置，通过对象的基地址+偏移量 = 参数的内存地址，就理解成通过这个var2找到参数的位置。var4就是更新前这个值是什么。var5更新后的值。

例如：有一个变量a=1，有两个线程同时来操作这个变量，

t1. compareAndSwapInt(this,valueOffset,1,2);

t1. compareAndSwapInt(this,valueOffset,6,8);

那么t1会成功，t2则会失败。因为CAS会先先将第三个参数与变量a相比较，如果相等的话，则更新变量a的值。

 

AtomicInteger源码解析

拿AtomicInteger 来举例

static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
public static void main(String[] args) {
    for(int i=0 ;i<10;i++){
        new Thread(()->{
            boolean isState = atomicInteger.compareAndSet(1,5);
            if(isState){
                System.out.println("CAS修改成功;"+Thread.currentThread().getName());
            }else{
                System.out.println("CAS修改失败");
            }
        }).start();
    }
}

假设这10个线程是同时运行的，那么只有一个线程能够CAS修改成功。

compareAndSet分析：

//若原先的值与expect相等，则替换成update，返回true；否则失败，返回false
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

再来看一个例子：

假设这10个线程是同时运行的，那么最终的atomicInteger值也会是我们想要的20，而不会小于20.因为getAndAddInt方法中有一个while循环，是保证多个线程进来每个线程都能够执行成功，CAS算法是保证不管多少个线程通常更改变量，有且仅有一个能够更改成功，其余的未修改成功的会再次循环，再次尝试CAS来更新变量，直至成功为止。

static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(10);
public static void main(String[] args) {
    for(int i=0 ;i<10;i++) {
        new Thread(()->{
            //参数加1
            int result = atomicInteger.addAndGet(1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==>"+result);
        }).start();
    }
}

//源码部分
public final int addAndGet(int delta) {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    //保证多个线程进来每个线程都能够执行成功
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

 

 

Unsafe的线程调度

Unsafe类对线程的调度中在AQS中常用到的阻塞和唤醒，LockSupport.park()和LockSupport.unpark()其实底层调的就是Unsafe的park和unpark

//线程的唤醒
public native void unpark(Object var1);
//线程的阻塞
public native void park(boolean var1, long var2);