JAVA多线程基础篇 5、原子性与锁_java 原子锁-优快云博客

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本文介绍了并发编程中的竞态条件问题，展示了如何通过原子性来解决此类问题。文章详细讲解了悲观锁和乐观锁的概念，包括Java中的synchronized和CAS(Check and Set)算法。悲观锁通过锁定对象确保线程安全，而乐观锁则依赖于CAS操作避免锁竞争。根据场景选择合适的锁策略，可以在保证数据一致性的同时提高效率。

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1. 竞态条件

在并发编程中，多线程会抢占运行各自的代码片段，当访问共享数据时会产生不正确的结果。

public class ConditionRaceExp {

    private static volatile int counter = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread[] threads = new Thread[1000];

        for(int i=0;i<1000;i++){
            threads[i] = new Thread(()->{
                for(int k=0;k<10000;k++)
                    counter++;
            });
        }

        for(int i=0;i<1000;i++){
            threads[i].start();
        }

        for(int i=0;i<1000;i++){
            threads[i].join();
        }
        System.out.println(counter);
    }
}

预期结果应该是1000000，但实际运行结果与预期不符。

conditionrace

原因是因为在执行counter++时，等同于counter = counter+1，在多线程环境中这句命令会被打断，比如A线程在执行该语句时，counter瞬时的值为100，A线程执行counter+1，得到值为101，在赋值回counter时，问题发生了——B、C、D线程抢占了CPU资源，并将counter值加到了103，等A线程回到CPU运行的时候，又会把101赋值给counter。此种情况被成为竞态条件。

2. 原子性

要让程序能得到预期的结果，需要让涉及到竞态条件的程序指令的原子性不被破坏。此时需要将程序进行保护。JAVA提供了锁机制来保护程序，根策略不同可以分为悲观锁和乐观锁两种。

2.1 悲观锁

首先需要定义一个对象，锁是上在某个普通对象上的，也可以是某个class对象上。上锁的过程其实就是在对象头上更改状态位、以及写入自己的信息。如果没有指明，则根据方法来判定，如果是实例方法，则锁在this对象上。如果是静态方法，则锁在这个实例所在的类对象上。

Java调用锁有多种方法，一般使用synchronized方法对象。

tips：在发生异常后，线程会自己释放锁的。

Object o = new Object();
synchronized(o){
    //此时，这把锁上在 o 这个对象上
}

synchronized(T.class){
    //此时，是上锁在T.class 这个对象，这个对象是Class类型的，是类加载的虚拟机后创建的。
}

2.2 乐观锁

乐观锁的实现是CAS（Compare and Swap）算法，CAS算法并没有真正“锁定”内存的对象，也被称为无锁算法。
CAS底层原理是，CAS在为对象赋值的时候，会带上对象的预期的值，将预期值和当前值进行比较（Compare），如果是一致的，就进行赋值（Swap）。否则继续重试，因此也称为自旋锁。CAS存在ABA的问题，一般是通过版本号或时间戳加上数据进行双重检验。
CAS在底层是由操作系统保证的，操作系统会调用指令 lock cmpxchg 对缓存行或总线加锁，保证原子性。