Java高性能编程实战 - 线程安全之原子操作

0 相关源码

1 竞态条件与临界区

多个线程访问了相同的资源，向这些资源做了写操作时,对执行顺序有要求。

1.1 临界区

incr 方法内部就是临界区域，关键部分代码的多线程并发执行，会对执行结果产生影响。

1.2 竞态条件

可能发生在临界区域内的特殊条件。多线程执行incr方法中的i++关键代码时,产生了竞态条件

2 共享资源

• 如果一段代码是线程安全的，则它不包含竞态条件。只有当多个线程更新共享资源时，才会发生竞态条件
• 栈封闭时，不会在线程之间共享的变量，都是线程安全的
• 局部对象引用本身不共享， 但是引用的对象存储在共享堆中。如果方法内创建的对象，只是在方法中传递，并且不对其他线程可用，那么也是线程安全的

3 不可变对象

创建不可变的共享对象来保证对象在线程间共享时不会被修改，从而实现线程安全。
实例被创建，value变量就不能再被修改，这就是不可变性。

1 原子操作的定义

原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序不可以被打乱，也不可以被切割而只执行其中的一部分(不可中断性)。

将整个操作视作一个整体，资源在该次操作中保持一致，这是原子性的核心特征。

存在竞态条件，线程不安全，需要转变为原子操作才能安全。方式:循环CAS、锁;
上例只是针对一个变量的原子操作改进，我们也可以实现更大逻辑的原子操作。

2 CAS机制

Compare and swap比较和交换。属于硬件同步原语，处理器提供了基本内存操作的原子性保证。
CAS操作需要输入两个数值，一个旧值A (期望操作前的值)和一个新值B,在操作期间先比较下旧值有没有发生变化，如果没有发生变化，才交换成新值，发生了变化则不交换。

JAVA中的sun.misc.Unsafe类,提供了compareAndSwapInt()和compareAndSwapLong()几个方法实现CAS。

CAS的三个问题

1.循环+CAS,自旋的实现让所有线程都处于高频运行，争抢CPU执行时间的状态。如果操作长时间不成功，会带来很大的CPU资源消耗。
2. 仅针对单个变量的操作，不能用于多个变量来实现原子操作。
3. ABA问题。(无法体现数据的变动)

J.U.C包内的原子操作封装类

Java 8 更新

当然这都是由 Doug Lea 大佬亲自为 Java 操刀制作而成

更新器

DoubleAccumulator

LongAccumulator

计数器

DoubleAdder

LongAdder

计数器增强版，高并发下性能更好
频繁更新但不太频繁读取的汇总统计信息时使用分成多个操作单元，不同线程更新不同的单元

只有需要汇总的时候才计算所有单元的操作

T1执行后,A 变成了B

T3又开始执行了, B变成了A

T2开始执行, A变成了C

• 问题点:
• 经历的A -> B -> A过程,但是对于线程2，无法感知数据发生了变化