Java atomic原子类的使用方法和原理（一）

在讲atomic原子类之前先看一个小例子:

public class UseAtomic {
   
   public static void main(String[] args) {
       AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger();
       for(int i=0;i<10;i++){
            Thread t=new Thread(new AtomicTest(atomicInteger));
            t.start();
            try {
               t.join(0);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
               
       }
       System.out.println(atomicInteger.get());
   }
}
class AtomicTest implements Runnable{
   AtomicInteger atomicInteger;
   
   public AtomicTest(AtomicInteger atomicInteger){
       this.atomicInteger=atomicInteger;
   }
   @Override
   public void run() {
       atomicInteger.addAndGet(1);
       atomicInteger.addAndGet(2);
       atomicInteger.addAndGet(3);
       atomicInteger.addAndGet(4);
   }
   
}

最终的输出结果为100，可见这个程序是线程安全的。如果把AtomicInteger换成变量i的话，那最终结果就不确定了。

打开AtomicInteger的源码可以看到:

// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

private volatile int value;

volatile关键字用来保证内存的可见性（但不能保证线程安全性），线程读的时候直接去主内存读，写操作完成的时候立即把数据刷新到主内存当中。

CAS简要

/**
     * Atomically sets the value to the given updated value
     * if the current value {@code ==} the expected value.
     *
     * @param expect the expected value
     * @param update the new value
     * @return {@code true} if successful. False return indicates that
     * the actual value was not equal to the expected value.
     */
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

从注释就可以看出:当线程写数据的时候，先对内存中要操作的数据保留一份旧值，真正写的时候，比较当前的值是否和旧值相同，如果相同，则进行写操作。如果不同，说明在此期间值已经被修改过，则重新尝试。
compareAndSet使用Unsafe调用native本地方法CAS（CompareAndSet）递增数值。

CAS利用CPU调用底层指令实现。
两种方式:总线加锁或者缓存加锁保证原子性。

• 总线加锁
  如i=0初始化，多处理器多线程环境下进行i++操作，处理器A和处理器B同时读取i值到各自缓存中，分别进行递增操作，i的值为1。处理器提供LOCK#信号对总线进行加锁后，处理器A读取i的值并递增，此时处理器B被阻塞，无法读取内存中的值。
• 缓存加锁
  总线加锁，在LOCK#信号下，其他线程无法操作内存，性能较差，缓存加锁能较好处理该问题。
  缓存加锁，处理器A和B同时读取i值到缓存，处理器A提前完成递增，数据立即回写到主内存，并让处理器B缓存该数据失效，处理器B需重新读取i值。