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Java并发编程之原子变量

来源:本站 作者: 时间:2018-10-27 10:06:38 点击:

  原子变量最主要的一个特点就是所有的操作都是原子的,synchronized关键字也可以做到对变量的原子操作。只是synchronized的成本相对较高,需要获取锁对象,释放锁对象,如果不能获取到锁,还需要阻塞在阻塞队列上进行等待。而如果单单只是为了解决对变量的原子操作,建议使用原子变量。关于原子变量的介绍,主要涉及以下内容:

  简单的count++操作,线程对象首先需要获取到Counter 类实例的对象锁,然后完成自增操作,最后释放对象锁。整个过程中,无论是获取锁还是释放锁都是相当消耗成本的,一旦不能获取到锁,还需要阻塞当前线程等等。

  compareAndSet方法又被称为CAS,该方法调用unsave的一个compareAndSwapInt方法,这个方法是native,我们看不到源码,但是我们需要知道该方法完成的一个目标:比较当前原子变量的值是否等于expect,如果是则将其修改为update并返回true,否则直接返回false。当然,这个操作本身就是原子的,较为底层的实现。

  方法体是一个死循环,current获取到当前原子变量中的值,由于value被修饰volatile,所以不存在内存可见性问题,数据一定是最新的。然后current加一后赋值给next,调用我们的CAS原子操作判断value是否被别的线程修改过,如果还是原来的值,那么将next的值赋值给value并返回next,否则重新获取当前value的值,再次进行判断,直到操作完成。

  然后我们创建一百个线程随机调用同一个Counter对象的addCount方法,无论运行多少次,结果都是一百。这种方式实现的原子操作,对于被操作的变量不需要被包装成原子变量,但是却可以直接以原子方式操作它的数值。

  我们的原子变量都依赖一个核心的方法,那就是CAS。这个方法最核心的思想就是,更改变量值之前先获取该变量当前最新的值,然后在实际更改的时候再次获取该变量的值,如果没有被修改,那么进行更改,否则循环上述操作直至更改操作完成。假如一个线程想要对变量count进行修改,实际操作之前获取count的值为A,此时来了一个线程将count值修改为B,又来一个线程获取count的值为B并将count修改为A,此时第一个线程全然不知道count的值已经被修改两次了,虽然值还是A,但是实际上数据已经是脏的。

  这就是典型的ABA问题,一个解决办法是,对count的每次操作都记录下当前的一个时间戳,这样当我们原子操作count之前,不仅查看count的最新数值,还记录下该count的时间戳,在实际操作的时候,只有在count的数值和时间戳都没有被更改的情况之下才完成修改操作。

  从思维模式上看,原子变量代表一种乐观的非阻塞式思维,它假定没有别人会和我同时操作某个变量,于是在实际修改变量的值的之前不会锁定该变量,但是修改变量的时候是使用CAS进行的,一旦发现冲突,继续尝试直到成功修改该变量。

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