Java并发包中主要基于两个基础来构建的，一个是锁，一个是CAS操作。
- 原子变量提供了与volatile类型变量相同的内存语义，此外还支持原子性操作。从JDK1.5开始，提供了java.util.concurrent.atomic包，这个包中的原子操作提供了一种用法简单，性能高效，线程安全的更新一个变量的方式。原子类采用非阻塞算法CAS实现
- 非阻塞算法可以使多个线程在竞争相同的数据时不会发生阻塞。独占锁可以看做是一种悲观锁，它假设只要有线程进入就会导致错误，因此只在确保无其它线程进入的时候才进行操作；非阻塞算法，则只关心结果，如果结果错误了，那么重新再来，对于错误选择原谅，而不是想进办法防止其它线程进入，使用非阻塞算法无需关心其它线程。
Java中对非阻塞算法的支持是java.util.concurrent.atomic包中的原子类。
原子类划分
基本类型：AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong
数组： AtomicIntegerArray,AtomicLongArray,AtomicRefernceArray
引用类型：AtomicReference, AtomicReferenceFieldUpdater,AtomicMarkableReference
字段类：AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicLongFieldUpdater,AtomicStampedReference
CAS算法
原子类的操作本质上都是CAS算法的实现。
CAS算法过程：
CAS包含了3个操作数，需要读写的内存位置V，进行比较的值E(exists)，和要写入的值N(new)。
当且仅当V的值等于E的值的时候，才会把V的值设置成N。最后CAS返回V的真实值。
原子类案例
原子类是一种更好的volatile变量，之前我们保证同步的措施是使用加锁的机制，无需加锁，也可以做到。
原子类的核心API实现
基本上所有原子类都有这些API，它们的操作也都是利用这些API实现的。而这些API又都是利用Unsafe类来实现的。
如果我们直接实例化Unsafe类，系统会报SecurityException异常，平时开发中也不建议使用Unsafe类来做各种操作，但是有关Unsafe类的一些用法可以了解下。
Unsafe类可以直接操作内存层面上的数据。
compareAndSet(V,E,N) //在对象var1变量上，var2为地址，var4期望的值，var5位要设置的新值。 public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);
原子类基本类型案例
// 计数器案例public class IntegerDemo implements Runnable{ static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); static int THREAD_COUNT = 100; @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100;="" i++)="" {="" cas自增语句="" count.incrementandget();="" }="" }="" public="" static="" void="" main(string[]="" args)="" throws="" interruptedexception="" {="" integerdemo="" demo="new" integerdemo();="" thread[]="" threads="new" thread[thread_count];="" for="" (int="" i="0;" i="">< thread_count;="" i++)="" {="" threads[i]="new" thread(demo);="" threads[i].start();="" }="" for="" (int="" i="0;" i="">< thread_count;="" i++)="" {="" threads[i].join();="" }="" system.out.println(count.get());="" }}//可以看到每次结果都是:="">
这段代码中重要的是原子类的incrementAndGet方法，看一下内部实现。
public final int incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; } public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) { int var5; // 不断循环，以确保值正确 do { var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); return var5; } public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
原子引用类型案例
关于AtomicRefernce的使用
public class ReferenceDemo { private static AtomicReference count = new AtomicReference<>(0); public static void main(String[] args) { count.compareAndSet(0, 2); // 2 count.compareAndSet(0, 1); // no count.compareAndSet(1, 3); // no count.compareAndSet(2, 4); // 4 count.compareAndSet(3, 5); // no System.out.println(count.get()); }}//运行结果得4//通过CAS算法，修改对象成员变量的值// 要求成员变量是非静态类型变量最好是volatile修饰的public class ReferenceFiledUpdaterDemo { private static AtomicIntegerFieldUpdater updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(ReferenceFiledUpdaterDemo.class, 'count'); @Getter public volatile int count = 100; public static void main(String[] args) { ReferenceFiledUpdaterDemo demo = new ReferenceFiledUpdaterDemo(); if (updater.compareAndSet(demo, 100, 120)) { System.out.println(('update success 1 :' + demo.getCount())); } if (updater.compareAndSet(demo, 100, 120)) { System.out.println(('update success 2 :' + demo.getCount())); } else { System.out.println(('update failed :' + demo.getCount())); } }}//运行结果update success :120update failed, {} :120
AtomicReference无法解决ABA问题，所谓ABA问题，对象在某一段时间内被写入了两次，首先修改为其它的值，然后又修改回原来的值，而另外一个线程再去读的时候值并没有变化，如何知道对象是否被修改过呢？
JDK中引入了AtomicStampedReference，它维护了一个时间戳，更新数据的时候还要更新时间戳，当对象值，及时间戳都满足期望值的时候才能写入成功。
原子类数组案例
AtomicArray的核心API
public class AtomicArrayDemo { static AtomicIntegerArray arr = new AtomicIntegerArray(10); public static class SubThread implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 1000;="" i++)="" {="" arr.getanddecrement(="" i="" %="" arr.length()="" );="" }="" }="" }="" public="" static="" void="" main(string[]="" args)="" {="" runnable="" demo="new" subthread();="" executorservice="" service="Executors.newFixedThreadPool(10);" for="" (int="" i="0;" i="">< 10;="" i++)="" {="" service.submit(demo);="" }="" service.shutdown();="" system.out.println(arr);="" }}//运行结果[-1000,="" -1000,="" -1000,="" -1000,="" -1000,="" -1000,="" -1000,="" -1000,="" -1000,="">
三种原子性机制对比
最后
这次主要对原子类相关的内容做了简单的说明，需要明白原子类的用法以及Unsafe类的一些事项。
参考
- Java Magic. Part 4: sun.misc.Unsafe
- 《Java并发编程实战》
- 《Java高并发程序设计》
