《Java并发编程实战》读书笔记——同步的方法、原子类、Unsafe类与CAS

最新推荐文章于 2024-02-22 10:22:08 发布

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本文介绍了Java中实现线程安全的几种方法，包括使用synchronized关键字、ReentrantLock等并发包类，以及AtomicInteger等原子类的具体实现原理。特别讨论了Unsafe类的功能及其在原子操作中的作用。

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1、同步的方法

（1）不在线程之间共享该状态变量（线程私有，如ThreadLocal）；

（2）将状态变量修改为不可变的变量（final，如果final变量里有可变变量，则不是不可变变量）；

（3）在访问状态变量时使用同步（synchronized，并发包的很多类，如ReentrantLock、CountDownLatch等等）；

2、原子类，用CAS自旋+volatile变量实现

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {

	// 利用了unsafe类的CAS方法
	private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

	// 内存中的偏移量，是内存中的地址，而不是值
	private static final long valueOffset;
        // 实际的值
	private volatile int value;

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

	// incrementAndGet()相当于原子的++value；getAndIncrement()相当于原子的value++
	public final int incrementAndGet() {
		return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
	}
}

以上是1.8源码，旧版本的源码更清晰一些，如下，可以清楚地看到用CAS自旋+volatile实现了incrementAndGet()。compareAndSet(current, next)检查value是否等于current，相等则value=next，返回true，否则返回false。

public final int incrementAndGet() {
	for(;;) {
		// 获得当前value
		int current = get();
		int next = current + 1;
		if(compareAndSet(current, next))
			return next;
	}
}

3、Unsafe类，可以直接访问内存（Native方法，因此是unsafe的），提供了硬件级别的原子操作。有如下几个功能：

（1）可以分配和释放内存；

提供了3个Native方法allocateMemory()，reallocateMemory()，freeMemory()分别用于分配、扩充和释放内存。

（2）可以定位对象某字段的内存位置，也可以修改对象的字段值，即使它是私有的；

（3）线程的挂起与恢复；

将一个线程进行挂起是通过park()方法实现的，调用park()后，线程将一直阻塞知道超时或者中断条件出现。unpark()可以终止一个挂起的线程，使其恢复正常。整个并发包对线程的挂起与恢复操作都封装在locks.LockSupport类中，LockSupport类中有各种版本pack()方法，最终都调用了Unsafe.park()。

（4）CAS操作，有compareAndSwapXXX方法；

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

4、CAS

CAS算法是由硬件直接支持来保证原子性的，有内存值V，预估值A和更新值B，if(V == A) V = B; 否则什么也不做，多用于乐观锁，有ABA问题，可以添加版本号或时间戳解决。Java中提供了AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference来解决ABA问题。

以AtomicStampedReference为例，我么可以创建一个StampedReference类，来维护实际的对象引用和时间戳，这个StampedReference必须是不可变对象（否则CAS时内存值和预估值始终指向同一个对象）。CAS时，当内存值V=预估值B（即StampedReference的引用对象相同），新建一个StampedReference类代替原来的。