线程安全与并发控制-优快云博客

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1、什么是线程安全性

线程安全性——多线程访问时，一个类可持续进行正确的行为。

只有成员变量位置的参数才会涉及到线程安全问题。所以没有成员变量的类，永远是线程安全的。

2、原子性

原子操作：一个操作要么不执行，要么完全执行完成，过程中不受其他线程干扰。

如果我们定义一个成员变量int count用于基数，然后在成员方法中进行++count操作，由于++count紧凑的语法结构，我们很容易认为这是一个原子操作，但是其实是三步“读、改、写”，如果在三步中其他线程对count进行该操作，就会出现线程安全问题。

2.1、解决办法

同步/加锁就可理解为把一块代码做了个原子操作的处理。但是这么做特别影响效率
利用java.util.concurrent.atomic包中的原子变量类，如AtomicLong、AtomicInteger等

Atomic原子变量类，以CAS（compare and swap）原子操作原理，以不加锁的方式对数字对象做原子操作

2.2、补充CAS（compare and swap）

CAS操作包含三个操作数——内存位置（V）、预期原值（A）、和新值（B）。执行CAS操作时，将内存位置的值与预期原值进行比较，如果相同，处理器会自动将该位置的值更新为新值。否则不做任何操作，（继续循环上面操作）。

这里面有个隐含前提：比较操作和赋新值的操作，在计算机底层命令中是个“原子命令”（一条命令）

AtomicInteger源码为例来看看CAS操作：

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

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

CAS原子操作目前常用的例子：

数据库表中通过添加版本号字段，配合一句sql（原子指令）来实现乐观锁
Atomic包中对内存中数据的修改，依赖底层机器指令的一条原子操作（cmpxchg比较后修改）来实现

CAS的问题：

ABA问题：因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有变化则
更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值
循环时间长开销大。自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销
只能保证一个共享变量的原子操作。当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁，或者有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如有两个共享变量i＝2,j=a，合并一下ij=2a，然后用CAS来操作ij。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。