Atomic类怎么保证原子性的?有什么问题?

Atomic类通过Unsafe类实现原子操作,Unsafe由native方法实现。AtomicInteger的getAndIncrement方法通过Unsafe的getAndAddInt实现,使用CAS加循环确保原子性。然而,CAS存在ABA问题和高并发下的CPU开销问题。

Atomic类是通过Unsafe类,实现的原子性。而Unsafe类是由native方法实现的。

看下源码:

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
	public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }
}

Unsafe类

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

我们看到是通过CAS加循环实现的。

CAS有什么问题?

1.会产生ABA的问题
2.并发高的时候,大部分线程都在频繁轮询,导致CPU开销很大。
3.不保证多个变量的原子性

volatile 关键字不能保证操作的原子性。volatile 是 Java 中用于修饰变量的关键字,它主要提供了两个特性:可见性和禁止指令重排序[^1]。可见性意味着当一个线程修改了共享变量的值,其他线程能够立即看到这个修改。而禁止指令重排序则确保了代码执行的顺序不会被编译器或处理器优化打乱[^2]。 尽管如此,volatile 并不能保证原子性原子性是指一个操作是不可中断的,即使是在多线程环境下,该操作也能保证数据的一致性。例如,对于一个简单的 `count++` 操作来说,它实际上包含了三个独立的动作:读取变量的值、增加数值、将新的值写回变量。这三个步骤在多线程环境中可能被其他线程打断,从而导致数据不一致的问题。由于 volatile 没有提供任何锁定机制来阻止其他线程同时执行这些操作,所以它不能确保像 `count++` 这样的复合操作具有原子性[^3]。 下面是一个简单的示例程序,展示了使用 volatile 修饰的计数器在多线程环境下的非原子行为: ```java public class VolatileExample { private static volatile int count = 0; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Runnable task = () -> { for (int i = 0; i < 1000; i++) { count++; // 非原子操作! } }; Thread t1 = new Thread(task); Thread t2 = new Thread(task); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println("结果: " + count); // 可能小于 2000 } } ``` 在这个例子中,尽管 `count` 被声明为 volatile,但是最终打印出的结果可能会小于预期的 2000,这是因为两个线程可能同时读取了相同的值,各自进行了递增操作,然后几乎同时写回了相同的增量结果,导致其中一个线程的操作被覆盖了[^5]。 为了确保原子性,可以使用 synchronized 关键字或者 java.util.concurrent.atomic 包中的原子,如 AtomicInteger,它们内部使用了 CAS(Compare and Swap)算法来实现原子操作。
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