面试必备：Java JUC AtomicLong 实现解析
基于OpenJDK 12
本文的目的是为后续文章解析LongAdder做一个引子，以便两者对比。
Atomic Package解析参考（比如lazySet原理解析）：
[译]Java Concurrent Atomic Package详解
AtomicLong的常用方法如下：
long addAndGet(long delta)：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicLong里的value）相加，并返回结果。
compareAndSet(long expectedValue, long newValue)：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。
long 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(long 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。
long getAndSet(long newValue)：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。
AtomicLong示例代码如下：
public class AtomicLongTest {
static AtomicLong ai = new AtomicLong(1);
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ai.getAndIncrement());
System.out.println(ai.get());
}
}输出结果如下:
1
2那么getAndIncrement是如何实现原子操作的呢？让我们一起分析其实现原理，getAndIncrement的源码如下：
public final long getAndIncrement() {
return U.getAndAddLong(this, VALUE, 1L);
}
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final long getAndAddLong(Object o, long offset, long delta) {
long v;
do {
v = getLongVolatile(o, offset);
} while (!weakCompareAndSetLong(o, offset, v, v + delta));
return v;
}
/** Volatile version of {@link #getLong(Object, long)} */
@HotSpotIntrinsicCandidate
public native long getLongVolatile(Object o, long offset);
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final boolean weakCompareAndSetLong(Object o, long offset,
long expected,
ong x) {
return compareAndSetLong(o, offset, expected, x);
}
/**
* Atomically updates Java variable to {@code x} if it is currently
* holding {@code expected}.
*
* <p>This operation has memory semantics of a {@code volatile} read
* and write. Corresponds to C11 atomic_compare_exchange_strong.
*
* @return {@code true} if successful
*/
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final native boolean compareAndSetLong(Object o, long offset,
long expected,
long x);@HotSpotIntrinsicCandidate JDK的源码中，被@HotSpotIntrinsicCandidate标注的方法，在HotSpot中都有一套高效的实现，该高效实现基于CPU指令，运行时，HotSpot维护的高效实现会替代JDK的源码实现，从而获得更高的效率。
源码getAndAddLong(Object o, long offset, long delta)中do while循环体是实现的关键所在，其逻辑是：
第一步先取得AtomicLong里存储的数值，
第二步对AtomicLong的当前数值进行加1操作，
第三步调用weakCompareAndSetLong方法来进行原子更新操作，该方法先检查当前数值是否等于v，等于意味着AtomicLong的值没有被其他线程修改过，则将weakCompareAndSetLong的当前数值更新成v+delta的值，如果不等于v，weakCompareAndSetLong方法会返回false，程序会进入do while循环重新进行weakCompareAndSetLong操作。
这里隐含了一个问题，当对于共享变量（假设变量名字是a）的竞争非常激烈的时候，在当前线程读取a、改变a之间，a的值会被别的线程改变，从而导致当前线程一直重试（自旋），一直占用CPU。
这就引出另一个问题，对于锁抢占很激烈的时候，串行是最好的解决办法。比如使用synchronized。
java.util.concurrent.atomic中的原子操作基本是基于Unsafe或者VarHandle实现的。
源代码：
https://github.com/jiankunking/openjdk12/blob/master/src/java.base/share/classes/java/util/concurrent/atomic/AtomicLong.java
本文参考 《Java并发编程的艺术》 作者：方腾飞 魏鹏 程晓明
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衣舞晨风