java的原子类到底是啥？ABA，CAS又是些什么？

1）解决并发不是用锁就能解决吗，那SDK干嘛还要搞个原子类出来？

• 锁虽然能解决，但是加锁解锁始终还是对性能是有影响的，并且使用不当可能会造成死锁之类的问题。

2）原子类是怎样使用的，比如说我要实现一个线程安全的累加器？

 public class Test {
   AtomicLong count = 
     new AtomicLong(0); // 原子类变量count
   void add10K() {
     int idx = 0;
     while(idx++ < 10000) {
       count.getAndIncrement();// 原子操作
    }
  }
 }

3）原子类是无锁的，那他底层是靠什么来实现原子安全的？

• 靠硬件。我们的CPU为了解决并发问题，提供了CAS指令，而CPU的指令本身就是原子性的。

4）什么是CAS呢？

• compare and swap ，他主要就看3个参数，A是共享变量的内存地址，B是用于和原地址值比较的，C是我们要更新的值。

• 其实就是把原来的共享变量的值取出一份来，然后你要更新的话，得对比一下，当前的值和我取出来保存的这份值是不是相同的，如果是相同的，那就可以修改，不同的话说明被别人修改过了，那你现在就不能更新。

   ​
   class SimulatedCAS{
     int count；
     synchronized int cas(
       int expect, int newValue){
       // 读目前count的值
       int curValue = count;
       // 比较目前count值是否==期望值
       if(curValue == expect){
         // 如果是，则更新count的值
         count = newValue;
      }
       // 返回写入前的值
       return curValue;
    }
   }

5）假如我当前的值和我取出来的那份值不一样了，那该怎么办？

• CAS一般带有自旋，所谓自旋也就是循环的意思。当值不同了 ，那就从头来进行：取值来放着--->对比--->相同的话那就更新，不同就从头再来。

   ​
   class SimulatedCAS{
     volatile int count;
     // 实现count+=1
     addOne(){
       do {
         newValue = count+1; //①
      }while(count !=
         cas(count,newValue) //②
    }
     // 模拟实现CAS，仅用来帮助理解
     synchronized int cas(
       int expect, int newValue){
       // 读目前count的值
       int curValue = count;
       // 比较目前count值是否==期望值
       if(curValue == expect){
         // 如果是，则更新count的值
         count= newValue;
      }
       // 返回写入前的值
       return curValue;
    }
   }

• 从上面代码我们也可以看出来，完全是没有加锁解锁的操作的，所以CAS这种无锁实现并发的操作性能很好。

6）我们说凡事都有两面性，CAS他就没任何的缺点吗？

• 会存在ABA问题，比如之前我取出来了一份值是A，但是在我进行对比之前，其它线程悄悄滴过来 ，把我的共享变量修改为了B，然后又修改成了A。虽然看到的都是A，其实这是被修改过的了。

7）两个数值反正都是相同的，不影响我的更新，那我还在乎ABA干嘛？

• 如果我们只是进行数值的原子递增之类的操作，那我们是不需要关心的。但是如果是对象呢，对象就比数值讲究多了，可能 A表面都是 一样的，但是属性是不一样的。

8）怎样解决ABA问题呢？

• 在使用 CAS 方案的时候，一定要先 check 一下。

9）前面我们使用原子类 AtomicLong 的 getAndIncrement() 方法替代了count += 1，从而实现了线程安全。原子类 AtomicLong 的 getAndIncrement() 方法内部就是基于 CAS 实现的，那 Java 是如何使用 CAS 来实现原子化的count += 1的？

• Java 1.8 版本中，getAndIncrement() 方法会转调 unsafe.getAndAddLong() 方法。这里 this 和 valueOffset 两个参数可以唯一确定共享变量的内存地址。

   final long getAndIncrement() {
     return unsafe.getAndAddLong(
       this, valueOffset, 1L);
   }

10）unsafe.getAndAddLong() 方法的底层源码实现是怎样的?

• 该方法首先会在内存中读取共享变量的值

• 之后循环调用 compareAndSwapLong() 方法来尝试设置共享变量的值，直到成功为止。

• compareAndSwapLong() 是一个 native 方法，只有当内存中共享变量的值等于 expected 时，才会将共享变量的值更新为 x，并且返回 true；否则返回 fasle。

   ​
   public final long getAndAddLong(
     Object o, long offset, long delta){
     long v;
     do {
       // 读取内存中的值
       v = getLongVolatile(o, offset);
    } while (!compareAndSwapLong(
         o, offset, v, v + delta));
     return v;
   }
   //原子性地将变量更新为x
   //条件是内存中的值等于expected
   //更新成功则返回true
   native boolean compareAndSwapLong(
     Object o, long offset, 
     long expected,
     long x);

11）SDK中提供了哪些原子类给我们使用？

 

 

使用提示：Java 提供的原子类能够解决一些简单的原子性问题，但是我们所有原子类的方法都是针对一个共享变量的，如果你需要解决多个变量的原子性问题，建议还是使用互斥锁方案。原子类虽好，但使用要非常小心。