java.util.concurrent.atomic随笔及volatile语义

 

一个原子操作（atomic operation）是个不能分割的整体，没有其它线程（thread）能够中断或检查正在原子操作中的变量。一个原子（atomic）类型就是一个原子操作可用的类型，它可以在基本上没有锁（lock）的情况下做到线程安全（thread-safe）。

java.util.concurrent.atomic包就是提供原子操作的类的小工具包，支持在单个变量上解除锁定的线程安全编程。包中的类将volatile值、字段和数组元素的概念扩展到那写也支持原子条件更新操作的类。如AtomicReference，一个“可以用原子方式更新的对象引用”。

JDK的文档中说：“设计原子类主要用作各种块，用于实现非阻塞数据结构和相关基础结构类。compareAndSet()方法不是锁定的常规替换方法。仅当对象的重要更新限于单个变量时才应用它”

类图解：

?从类图中可以清晰的得出：这些基本都是实现java常用的基本类型及他们的数组的原子实现。

volatile语义

volatile相当于synchronized的弱实现，也就是说volatile实现了类似synchronized的语义，却又没有锁机制。它确保对volatile字段的更新以可预见的方式告知其他的线程。

volatile包含以下语义：

（1）Java 存储模型不会对valatile指令的操作进行重排序：这个保证对volatile变量的操作时按照指令的出现顺序执行的。

（2）volatile变量不会被缓存在寄存器中（只有拥有线程可见）或者其他对CPU不可见的地方，每次总是从主存中读取volatile变量的结果。也就是说对于volatile变量的修改，其它线程总是可见的，并且不是使用自己线程栈内部的变量。也就是在happens-before法则中，对一个valatile变量的写操作后，其后的任何读操作理解可见此写操作的结果。

尽管volatile变量的特性不错，但是volatile并不能保证线程安全的，也就是说volatile字段的操作不是原子性的，volatile变量只能保证可见性（一个线程修改后其它线程能够理解看到此变化后的结果），要想保证原子性，目前为止只能加锁！

应用volatile变量的三个原则：

（1）写入变量不依赖此变量的值，或者只有一个线程修改此变量

（2）变量的状态不需要与其它变量共同参与不变约束

（3）访问变量不需要加锁