Java并发-原子类atomic

1.非阻塞方式

  • 原子操作
    原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何线程的切换。

    每个线程都会具有各自的工作内存,Java中所有变量都会存储在主内存中,线程的工作内存都是主内存中变量的副本。线程在各自的工作内存中进行变量的操作后,后再将变量传回主内存,线程之间无法进行直接通信,线程间的变量传递都需要通过主内存来完成。

    java内存模型定义了8种原子操作,8种操作如下:
    lock(锁定):作用于主内存,它把一个变量标记为一条线程独占状态;
    read(读取):作用于主内存,它把变量值从主内存传送到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用;
    load(载入):作用于工作内存,它把read操作的值放入工作内存中的变量副本中;
    use(使用):作用于工作内存,它把工作内存中的值传递给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用这个变 量的指令时候,将会执行这个动作;
    assign(赋值):作用于工作内存,它把从执行引擎获取的值赋值给工作内存中的变量,每当虚拟机遇到一个给变量赋值的指令时候,执行该操作;
    store(存储):作用于工作内存,它把工作内存中的一个变量传送给主内存中,以备随后的write操作使用;
    write(写入):作用于主内存,它把store传送值放到主内存中的变量中。
    unlock(解锁):作用于主内存,它将一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才能够被其他线程锁定;

  • 也就是说,我们大部分对于变量的操作都为非原子操作,例如变量的自增,自减等。下面还是一个老例子,变量的自增,这是一个未同步的代码。

public class test1 implements Runnable{
	private  int i=0;
	public  void  increase() {
		i++;
	}
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Runnable r = new test1();
		for(int i=0;i<10000;i++) {
			Thread t =  new Thread(r);
			t.start();
		}
	}
	@Override
	public  void run() {
		increase();
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+i);
	}	
}

若为们需要进行同步,就需要添加synchronized关键字或者Lock进行同步,但是为大材小用。而且使用Lock/synchronized来进行加锁来进行线程的互斥,本质上是通过竞争锁来获取线程的执行机会,问题也会随之而来就是线程的阻塞和唤醒会造成性能问题,这就是一个很好的悲观锁例子,认为只要不进行同步,就会出现问题。

	public  synchronized void  increase() {
		i++;
	}
  • So,Java提供的Atomic类,我们只需要新建一个原子跟新变量,将数值设好便好。
public class test1 implements Runnable{
	public static AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
	public  synchronized void  increase() {
		i.incrementAndGet();
	}
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Runnable r = new test1();
		for(int i=0;i<10000;i++) {
			Thread t =  new Thread(r);
			t.start();
		}
	}
	@Override
	public  void run() {
		increase();
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+i);
	}	
}

2.底层实现

原子类的实现底层其实是为CAS指令,CAS意思为比较并替换,共有三个成员:内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)。CAS指令执行时,会对原本内存地址(V),原值(A)进行保存,当且仅当内存地址上的数值等于原值时,将新值赋值到内存地址上。这是一个乐观锁,失败了也不会进行挂起,而是会去不断的尝试。

但也存在不少问题

  1. 尝试时间过长,我们都知道CAS在尝试失败的时候,会不断地进行重复尝试,知道成功,若时间过长,则会给CPU多大的负担。
  2. 只能保证一个共享变量的原子操作
  3. ABA问题
    如果内存地址V初次读取的值是A,并且在准备赋值的时候检查到它的值仍然为A,我们不能一定认为该数值一定未被改变过。如果在这段期间它的值曾经被改成了B,后来又被改回为A,那CAS操作就会误认为它从来没有被改变过。这个漏洞称为CAS操作的“ABA”问题。Java并发包为了解决这个问题,提供了一个带有标记的原子引用类“AtomicStampedReference”,它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。因此,在使用CAS前要考虑清楚“ABA”问题是否会影响程序并发的正确性,如果需要解决ABA问题,改用传统的互斥同步可能会比原子类更高效。

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