java Atomic 包实现

最新推荐文章于 2024-01-25 01:55:27 发布

FireCoder

最新推荐文章于 2024-01-25 01:55:27 发布

阅读量2k

点赞数

分类专栏： java 文章标签： java 汇编 exchange javadoc jni exception

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/FireCoder/article/details/6711984

版权

java 专栏收录该内容

62 篇文章

订阅专栏

AtomicInteger

getAndSet：设置为新值，返回设置之前的值。此方法为原子性操作，即保证在得到当前值与设置新值之间，没有任何其他更新操作。

 public final int getAndSet(int newValue) {
         for (;;) {
             int current = get();
             if (compareAndSet(current, newValue))
                 return current;
         }
     }

getAndIncrement：当前值加一，返回自增前的值。此方法为原子性操作，即保证在得到当前值与自增之间，没有任何其他更新操作。举个例子，假如是value++，两个线程同时调用此函数，两个线程都取到了当前值100，然后都基于100加一，最后得到101，miss掉了一次自增。采用compareAndSet，两个线程同时取到当前值100，线程一成功调用compareAndSet，当前值变为101，返回；线程二调用compareAndSet失败，回到循环头，重新取得一个新的当前值101，接着成功调用comareAndSet，更新当前值为102，返回

 public final int getAndIncrement() {
         for (;;) {
             int current = get();
             int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                 return current;
         }
 }

compareAndSet：如果当前值与期望值(第一个参数)相等，则设置为新值(第二个参数)，设置成功返回true。

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
      return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
     }

Unsafe

ObjectFieldOffset：前文中出现的参数valueOffset是一个静态变量，调用Unsafe.objectFieldOffset得到

private static final long valueOffset;
 
static {
       try {
         valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
             (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
       } catch(Exception   ex) { throw new Error  (ex); }
     }

在 java对象的地址一文中说这个地址不是对象在内存中的物理地址，只是一个逻辑地址。javadoc中注释这是属性(field)在对象存储空间中的偏移地址。

compareAndSet：如果当前值与期望值相等，更新对象的一个整数属性(field)为给定的值。更新则返回true，否则为false。此方法为原子性操作，而且是native方法。

  public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset,
                                          int expect, int update);

UnSafe native

在Java5 Concurrent包中的锁机制中，UnSafe的native代码从Kaffe(java 虚拟机的首个开源实现)中扒了出来。

首先得到属性(field)的指针，然后调用g_atomic_int_compare_and_exchange方法。

/**
 * Helper macro, defining a sun.misc.Unsafe compare and swap function 
 * with a given NAME tail and TYPE of arguments.
 */
#define KAFFE_UNSAFE_COMPARE_AND_SWAP(NAME, TYPE)
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_sun_misc_Unsafe_compareAndSwap ## NAME(JNIEnv* env, jobject unsafe UNUSED, jobject obj, jlong offset, TYPE expect, TYPE update) 
{ 
  volatile TYPE * address = getFieldAddress(env, obj, offset); 
  if (sizeof(TYPE) == sizeof(gint)) 
    return g_atomic_int_compare_and_exchange((volatile gint *) address, (gint) expect, (gint) update); 
  else if (sizeof(TYPE) == sizeof(gpointer)) 
    return g_atomic_pointer_compare_and_exchange((volatile gpointer *) address, (gpointer) expect, (gpointer) update); 
  else 
    if (*address == expect) { 
      *address = update; 
      return JNI_TRUE; 
    } 
    else 
      return JNI_FALSE; 
}

GLIB

g_atomic_pointer_compare_and_exchange是glib中的一段c代码

gboolean g_atomic_int_compare_and_exchange (volatile gint *atomic, 
				   gint           oldval, 
				   gint           newval)
{
  gint result;
 
  __asm__ __volatile__ ("lock; cmpxchgl %2, %1"
			: "=a" (result), "=m" (*atomic)
			: "r" (newval), "m" (*atomic), "0" (oldval) : ); 

  return result == oldval;
}

GCC 内联汇编

汇编指令cmpxchg：上面的函数中嵌入了汇编语句(c代码中嵌入汇编，称为内联汇编)，调用了一条汇编指令cmpxchgl(AT&T风格)，对应Intel格式的汇编指令为cmpxchg。

根据古月今人的解释：cmpxchg是将寄存器(AL, AX或者EAX，取决于值的大小)中的值和目标操作数(第一个参数)进行比较，如果相等，则将源操作数(第二个参数)拷贝到目标操作数中，同时ZF置1；否则ZF置0，将目标操作数拷贝到EAX。

仿照百度blog的一篇文章，给出伪码为

%eax = old;
if (*address == %eax) {
   *address = new;
   zf = 1;
   return %eax;
} else {
   zf = 0;
   return *address;
}

关于寄存器为什么叫AL/AH, AX, EAX(extend AX)，请参考 x86的寄存器

内联汇编

GCC扩展内联汇编语法格式为:

  asm ( assembler template 
           : output operands                  /* optional */
           : input operands                   /* optional */
           : list of clobbered registers      /* optional */
           );

前文中"lock; cmpxchgl %2, %1"是汇编模板，指定汇编指令为cmpxchgl(AT&T格式)，%2为源操作数，%1为目标操作数。
“=a"(result), "=m"(*atomic) 是输出参数。
"r"(newval), "m"(*atomic), "0"(oldval)是输入参数。参数前面的双引号内容表示对参数的限制，