【并发编程】三大基础特性

一、原子性

1.1 什么是并发编程的原子性

JMM（Java Memory Model）。不同的硬件和不同的操作系统在内存上的操作有一定差异的。

Java为了解决相同代码在不同操作系统上出现的各种问题，用JMM屏蔽掉各种硬件和操作系统带来的差异。

让Java的并发编程可以做到跨平台。JMM规定所有变量都会存储在主内存中，在操作的时候，需要从主内存中复制一份到线程内存（CPU内存），在线程内部做计算。然后再写回主内存中（不一定！）。

原子性的定义：原子性指一个操作是不可分割的，不可中断的，一个线程在执行时，另一个线程不会影响到他。

并发编程的原子性用代码阐述：

package cn.pottercoding.juc;

/**
 * <p>
 *     原子性
 * </p>
 *
 * @author potter
 * @since 2024-03-30
 */
public class AtomicDemo {
   
   
    private static int count;

    public static void increment(){
   
   
        try {
   
   
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
   
   
            e.printStackTrace();
        }
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
   
        Thread t1 = new Thread(() -> {
   
   
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
   
   
                increment();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
   
   
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
   
   
                increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println(count);
    }
}

当前程序：多线程操作共享数据时，预期的结果，与最终的结果不符。

原子性：多线程操作临界资源，预期的结果与最终结果一致。

通过对这个程序的分析，可以查看出，++的操作，一共分为了三部，首先是线程从主内存拿到数据保存到CPU的寄存器中，然后在寄存器中进行+1操作，最终将结果写回到主内存当中。

1.2 保证并发编程的原子性

1.2.1 synchronized

因为++操作可以从指令中查看到

可以在方法上追加synchronized关键字或者采用同步代码块的形式来保证原子性

synchronized可以避免多线程同时操作临界资源，同一时间点，只会有一个线程正在操作临界资源

1.2.2 CAS

到底什么是CAS？compare and swap也就是比较并交换，它是一条CPU的并发原语。

它在替换内存的某个位置的值时，首先查看内存中的值与预期值是否一致，如果一致，执行替换操作。这个操作是一个原子性操作。

Java中基于Unsafe的类提供了对CAS的操作的方法，JVM会帮助我们将方法实现CAS汇编指令。

但是要清楚CAS只是比较和交换，在获取原值的这个操作上，需要你自己实现。

private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
   
    Thread t1 = new Thread(() -> {
   
   
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
   
   
            count.incrementAndGet();
        }
    });

    Thread t2 = new Thread(() -> {
   
   
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
   
   
            count.incrementAndGet();
        }
    });

    t1.