Java并發(fā)編程包中atomic的實現(xiàn)原理
這是一篇來自粉絲的投稿，作者【林灣村龍貓】最近在閱讀Java源碼，這一篇是他關(guān)于并發(fā)包中atomic類的源碼閱讀的總結(jié)。Hollis做了一點點修改。
引子
在多線程的場景中，我們需要保證數(shù)據(jù)安全，就會考慮同步的方案，通常會使用synchronized或者lock來處理，使用了synchronized意味著內(nèi)核態(tài)的一次切換。這是一個很重的操作。
有沒有一種方式，可以比較便利的實現(xiàn)一些簡單的數(shù)據(jù)同步，比如計數(shù)器等等。concurrent包下的atomic提供我們這么一種輕量級的數(shù)據(jù)同步的選擇。
使用例子
- import java.util.concurrent.CountDownLatch;
- import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
- public class App {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100);
- AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
- for (int i = 0; i < 100; i++) {
- new Thread() {
- @Override
- public void run() {
- atomicInteger.getAndIncrement();
- countDownLatch.countDown();
- }
- }.start();
- }
- countDownLatch.await();
- System.out.println(atomicInteger.get());
- }
- }
在以上代碼中，使用AtomicInteger聲明了一個全局變量，并且在多線程中進行自增，代碼中并沒有進行顯示的加鎖。
以上代碼的輸出結(jié)果，永遠都是100。如果將AtomicInteger換成Integer，打印結(jié)果基本都是小于100。
也就說明AtomicInteger聲明的變量，在多線程場景中的自增操作是可以保證線程安全的。接下來我們分析下其原理。
原理
我們可以看一下AtomicInteger的代碼
他的值是存在一個volatile的int里面。volatile只能保證這個變量的可見性。不能保證他的原子性。
可以看看getAndIncrement這個類似i++的函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，是調(diào)用了UnSafe中的getAndAddInt。
UnSafe是何方神圣？UnSafe提供了java可以直接操作底層的能力。
進一步，我們可以發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)方式：
如何保證原子性：自旋 + CAS（樂觀鎖）。在這個過程中，通過compareAndSwapInt比較更新value值，如果更新失敗，重新獲取舊值，然后更新。
優(yōu)缺點
CAS相對于其他鎖，不會進行內(nèi)核態(tài)操作，有著一些性能的提升。但同時引入自旋，當鎖競爭較大的時候，自旋次數(shù)會增多。cpu資源會消耗很高。
換句話說，CAS+自旋適合使用在低并發(fā)有同步數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。
Java 8做出的改進和努力
在Java 8中引入了4個新的計數(shù)器類型，LongAdder、LongAccumulator、DoubleAdder、DoubleAccumulator。他們都是繼承于Striped64。
在LongAdder 與AtomicLong有什么區(qū)別？
Atomic*遇到的問題是，只能運用于低并發(fā)場景。因此LongAddr在這基礎(chǔ)上引入了分段鎖的概念?？梢詤⒖肌禞DK8系列之LongAdder解析》一起看看做了什么。
大概就是當競爭不激烈的時候，所有線程都是通過CAS對同一個變量（Base）進行修改，當競爭激烈的時候，會將根據(jù)當前線程哈希到對于Cell上進行修改（多段鎖）。
可以看到大概實現(xiàn)原理是：通過CAS樂觀鎖保證原子性，通過自旋保證當次修改的最終修改成功，通過降低鎖粒度（多段鎖）增加并發(fā)性能。
【本文是51CTO專欄作者Hollis的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號Hollis(ID：hollischuang)】
