Java中atomic包中的原子操作类总结

原创

于 2023-01-09 17:09:06 发布 · 982 阅读

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#java #jvm #面试

本文介绍了Java并发编程中atomic包的作用，它提供了高效、线程安全的原子更新基本类型、数组和引用类型的方法。文章详细讲解了CAS操作原理，包括其与synchronized的区别，并分析了CAS可能导致的ABA问题。此外，文章还列举了AtomicInteger、AtomicLong等类的常用方法，展示了如何使用它们进行线程安全的变量更新。

1. 原子操作类介绍

在并发编程中很容易出现并发安全的问题，有一个很简单的例子就是多线程更新变量 i=1,比如多个线程执行 i++操作，就有可能获取不到正确的值，而这个问题，最常用的方法是通过 Synchronized 进行控制来达到线程安全的目的（关于 synchronized 可以看这篇文章）。但是由于 synchronized 是采用的是悲观锁策略，并不是特别高效的一种解决方案。实际上，在 J.U.C 下的 atomic 包提供了一系列的操作简单，性能高效，并能保证线程安全的类去更新基本类型变量，数组元素，引用类型以及更新对象中的字段类型。atomic 包下的这些类都是采用的是乐观锁策略去原子更新数据，在 java 中则是使用 CAS 操作具体实现。

2. 预备知识–CAS 操作

能够弄懂 atomic 包下这些原子操作类的实现原理，就要先明白什么是 CAS 操作。

什么是 CAS?

使用锁时，线程获取锁是一种悲观锁策略，即假设每一次执行临界区代码都会产生冲突，所以当前线程获取到锁的时候同时也会阻塞其他线程获取该锁。而 CAS 操作（又称为无锁操作）是一种乐观锁策略，它假设所有线程访问共享资源的时候不会出现冲突，既然不会出现冲突自然而然就不会阻塞其他线程的操作。因此，线程就不会出现阻塞停顿的状态。那么，如果出现冲突了怎么办？无锁操作是使用 CAS(compare and swap)又叫做比较交换来鉴别线程是否出现冲突，出现冲突就重试当前操作直到没有冲突为止。

CAS 的操作过程

CAS 比较交换的过程可以通俗的理解为 CAS(V,O,N)，包含三个值分别为：V 内存地址存放的实际值；O 预期的值（旧值）；N 更新的新值。当 V 和 O 相同时，也就是说旧值和内存中实际的值相同表明该值没有被其他线程更改过，即该旧值 O 就是目前来说最新的值了，自然而然可以将新值 N 赋值给 V。反之，V 和 O 不相同，表明该值已经被其他线程改过了则该旧值 O 不是最新版本的值了，所以不能将新值 N 赋给 V，返回 V 即可。当多个线程使用 CAS 操作一个变量是，只有一个线程会成功，并成功更新，其余会失败。失败的线程会重新尝试，当然也可以选择挂起线程

CAS 的实现需要硬件指令集的支撑，在 JDK1.5 后虚拟机才可以使用处理器提供的 CMPXCHG 指令实现。

Synchronized VS CAS

元老级的 Synchronized(未优化前)最主要的问题是：在存在线程竞争的情况下会出现线程阻塞和唤醒锁带来的性能问题，因为这是一种互斥同步（阻塞同步）。而 CAS 并不是武断的间线程挂起，