java中atomic原子类的原理介绍

atomic原子类导图

无锁即无障碍的运行, 所有线程都可以到达临界区, 接近于无等待.

无锁采用CAS(compare and swap)算法来处理线程冲突, 其原理如下

CAS原理

CAS包含3个参数CAS(V,E,N).V表示要更新的变量, E表示预期值, N表示新值.

仅当V值等于E值时, 才会将V的值设为N, 如果V值和E值不同, 则说明已经有其他线程做了更新, 则当前线程什么

都不做. 最后, CAS返回当前V的真实值. CAS操作是抱着乐观的态度进行的, 它总是认为自己可以成功完成操作.

当多个线程同时使用CAS操作一个变量时, 只有一个会胜出, 并成功更新, 其余均会失败.失败的线程不会被挂起,

仅是被告知失败, 并且允许再次尝试, 当然也允许失败的线程放弃操作.基于这样的原理, CAS操作即时没有锁,

也可以发现其他线程对当前线程的干扰, 并进行恰当的处理.

CPU指令

另外, 虽然上述步骤繁多, 实际上CAS整一个操作过程是一个原子操作, 它是由一条CPU指令完成的,

从指令层保证操作可靠, 不会被多线程干扰.

无锁与volatile

无锁可以通过cas来保证原子性与线程安全, 他与volatile什么区别呢?

当给变量加了volatile关键字, 表示该变量对所有线程可见, 但不保证原子性.

以volatile i, i++为例, 分为以下四步:

• 加载i
• 对i进行+1
• 回写i的值
• 用内存屏障通知其他线程i的值

其中前三步是线程不安全的, 可能其他线程会对i进行读写.

因此任何依赖于之前值的操作, 如i++, i = i *10使用volatile都不安全.

而诸如get/set, boolean这类可以使用volatile.