Java并发--原子变量、CAS算法-白红宇

Java并发--原子变量、CAS算法

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发布时间：2019-05-10

本文共 3181 字，大约阅读时间需要 10 分钟。

并发编程中的原子性问题

测试：20个线程对一个普通int变量进行++操作。

package pers.zhang.juc.part1;/** * @author zhang * @date 2020/1/16 - 17:52 * * 并发编程中的原子性问题 */public class TestAtomicDemo {
       public static void main(String[] args) {
           AtomicDemo ad = new AtomicDemo();        for(int i = 0; i < 20; i++){
               new Thread(ad,"thread" + i).start();        }    }}class AtomicDemo implements Runnable{
       private int serialNumber = 0;    @Override    public void run() {
           try {
               Thread.sleep(200);        } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + getSerialNumber());    }    public int getSerialNumber(){
           return serialNumber++;    }}

输出：

thread0:0thread1:1thread5:2thread12:8thread9:11thread10:10thread11:9thread13:7thread14:6thread4:5thread2:3 //重复thread3:4thread6:3 //重复thread8:12 //重复thread7:12 //重复thread19:13thread18:14thread17:15thread16:16thread15:17

分析：是否是由于内存的可见性问题引起的？

测试：使用volatile关键字声明变量

private volatile int serialNumber = 0;

输出：

thread0:0thread1:1thread4:2thread2:3thread3:4thread5:5thread6:6thread7:7thread8:8thread9:9thread10:10thread11:11thread12:12thread17:14 //重复thread18:14 //重复thread19:13thread16:15thread15:16thread14:17thread13:18

再次分析： volatile解决了内存可见性问题，但是程序依然错误。由此引出了并发编程中的原子性问题。

在Java中，i++ 操作的底层是这样实现的：

_temp = i;i = i + 1;i = _temp;

换一种写法：j = i++;

_temp = i;i = i + 1;j = _temp;

可以看出，i++操作并不是一蹴而就的，它是分为几步执行。所以就导致了在多线程环境中，类似i++的非原子性操作出错。

解决：使用jdk5 以后java.util.concurrent.atomic包下的原子变量

volatile保证内存可见性

CAS（Compare-And-Swap）算法保证数据的原子性

CAS算法

CAS是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的处理器中的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问。

CAS是一种无锁的非阻塞算法的实现

CAS包含了3个操作数：

需要读写的内存值V

进行比较的值A

拟写入的新值B

当且仅当V的值等于A时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值，否则不会执行任何操作。

原子变量

类的小工具包，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。事实上，此包中的类可将volatile值、字段和数组元素的概念扩展到哪些也提供原子条件更新操作的类。

类AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong和AtomicReference的实例各自提供对相应类型单个变量的访问和更新。每个类也为该类型提供适当的实用工具方法。

AtomicIntegerArray、AtomicLongArray和AtomicReferenceArray类进一步扩展了原子操作，对这些类型的数组提供了支持。这些类在为数组元素提供volatile访问语义方面也引人注目，这对于普通数组来说是不受支持的。

核心方法：boolean compareAndSet(expectedValue, updateVlue)

在这里插入图片描述

改正上面的示例程序

package pers.zhang.juc.part1;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/** * @author zhang * @date 2020/1/16 - 17:52 * * 并发编程中的原子性问题 */public class TestAtomicDemo {
       public static void main(String[] args) {
           AtomicDemo ad = new AtomicDemo();        for(int i = 0; i < 20; i++){
               new Thread(ad,"thread" + i).start();        }    }}class AtomicDemo implements Runnable{
       private volatile AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);    @Override    public void run() {
           try {
               Thread.sleep(200);        } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + getSerialNumber());    }    public int getSerialNumber(){
           return serialNumber.getAndIncrement();//获取并自增    }}

输出：

thread1:2thread3:3thread0:1thread2:0thread4:4thread5:5thread6:6thread7:7thread9:8thread8:9thread12:10thread11:11thread10:12thread13:13thread19:15thread15:18thread14:19thread16:17thread18:16thread17:14

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