无锁类原理详解与使用，无锁算法详解，全是干货

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一、无锁类的原理详解

1.1 CAS

1.2 CPU指令

二、无锁类的使用

2.1 AtomicInteger

2.1.1 概述

2.1.2 主要接口

2.1.3 主要接口实现

2.2 Unsafe

2.2.1 概述

2.2.3 主要接口

2.3 AtomicReference

2.3.1 概述

2.3.2 主要接口

2.4 AtomicStampedReference

2.4.1 概述

2.4.2 主要接口

2.5 AtomicIntegerArray

2.5.1 概述

2.5.2 主要接口

2.6  AtomicIntegerFieldUpdater

2.6.1 概述

2.6.2 主要接口

2.6.3 说明

三、无锁算法详解

3.1 无锁的Vector 实现

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一、无锁类的原理详解

1.1 CAS

CAS算法的过程是这样：

它包含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。

1.2 CPU指令

cmpxchg
/*
accumulator = AL, AX, or EAX, depending on whether
a byte, word, or doubleword comparison is being performed
*/
if(accumulator == Destination) {
ZF = 1;
Destination = Source;
}
else {
ZF = 0;
accumulator = Destination;
}

二、无锁类的使用

2.1 AtomicInteger

2.1.1 概述

Number

2.1.2 主要接口

public final int get() //取得当前值

public final void set(int newValue) //设置当前值

public final int getAndSet(int newValue) //设置新值，并返回旧值

public final boolean compareAndSet(int expect, int u) //如果当前值为expect，则设置为u

public final int getAndIncrement() //当前值加1，返回旧值

public final int getAndDecrement() //当前值减1，返回旧值

public final int getAndAdd(int delta) //当前值增加delta，返回旧值

public final int incrementAndGet() //当前值加1，返回新值

public final int decrementAndGet() //当前值减1，返回新值

public final int addAndGet(int delta) //当前值增加delta，返回新值

2.1.3 主要接口实现

2.2 Unsafe

2.2.1 概述

非安全的操作，比如：
根据偏移量设置值
park()
底层的CAS操作
非公开API，在不同版本的JDK中， 可能有较大差异

2.2.3 主要接口

//获得给定对象偏移量上的int值
public native int getInt(Object o, long offset);
//设置给定对象偏移量上的int值
public native void putInt(Object o, long offset, int x);
//获得字段在对象中的偏移量
public native long objectFieldOffset(Field f);
//设置给定对象的int值，使用volatile语义
public native void putIntVolatile(Object o, long offset, int x);
//获得给定对象对象的int值，使用volatile语义
public native int getIntVolatile(Object o, long offset);
//和putIntVolatile()一样，但是它要求被操作字段就是volatile类型的
public native void putOrderedInt(Object o, long offset, int x);

2.3 AtomicReference

2.3.1 概述

对引用进行修改
是一个模板类，抽象化了数据类型

2.3.2 主要接口

get()
set(V)
compareAndSet()
getAndSet(V)

2.4 AtomicStampedReference

2.4.1 概述

ABA问题

2.4.2 主要接口

//比较设置 参数依次为：期望值 写入新值 期望时间戳 新时间戳
public boolean compareAndSet(V expectedReference,V newReference,int expectedStamp,int newStamp)
//获得当前对象引用
public V getReference()
//获得当前时间戳
public int getStamp()
//设置当前对象引用和时间戳
public void set(V newReference, int newStamp)

2.5 AtomicIntegerArray

2.5.1 概述

持无锁的数组

2.5.2 主要接口

//获得数组第i个下标的元素
public final int get(int i)
//获得数组的长度
public final int length()
//将数组第i个下标设置为newValue，并返回旧的值
public final int getAndSet(int i, int newValue)
//进行CAS操作，如果第i个下标的元素等于expect，则设置为update，设置成功返回true
public final boolean compareAndSet(int i, int expect, int update)
//将第i个下标的元素加1
public final int getAndIncrement(int i)
//将第i个下标的元素减1
public final int getAndDecrement(int i)
//将第i个下标的元素增加delta（delta可以是负数）
public final int getAndAdd(int i, int delta)

2.6  AtomicIntegerFieldUpdater

2.6.1 概述

让普通变量也享受原子操作

2.6.2 主要接口

AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater()
incrementAndGet()

2.6.3 说明

1.Updater只能修改它可见范围内的变量。因为Updater使用反射得到这个变量。如果变量不可见，就会出错。
比如如果score申明为private，就是不可行的。
2.为了确保变量被正确的读取，它必须是volatile类型的。如果我们原有代码中未申明这个类型，那么简单得申明一下就行，这不会引起什么问题。

3. 由于CAS操作会通过对象实例中的偏移量直接进行赋值，因此，它不支持static字段（Unsafe.objectFieldOffset()不支持静态变量）。

三、无锁算法详解

3.1 无锁的Vector 实现