資訊專(zhuān)欄INFORMATION COLUMN
摘要：前言為了研究對(duì)原子類(lèi)的實(shí)現(xiàn)，從類(lèi)開(kāi)始，分析如果對(duì)原子操作的實(shí)現(xiàn)。保存著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使用修飾，可以保證該值對(duì)內(nèi)存可見(jiàn)，也是原子類(lèi)實(shí)現(xiàn)的理論保障。使用自旋鎖來(lái)處理并發(fā)問(wèn)題。
前言
為了研究Java對(duì)原子類(lèi)的實(shí)現(xiàn)，從AtomicInteger類(lèi)開(kāi)始，分析Java如果對(duì)原子操作的實(shí)現(xiàn)。
原子操作是指不會(huì)被線程調(diào)度機(jī)制打斷的操作；這種操作一旦開(kāi)始，就一直運(yùn)行到結(jié)束，中間不會(huì)有任何上下文的切換。
注：原子操作可以是一個(gè)步驟，也可以是多個(gè)操作步驟，但是其順序不可以被打亂，也不可以被切割只執(zhí)行其中的一部分。
首先從AtomicInteger類(lèi)的屬性聊起：
// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); private static final long valueOffset; private volatile int value;
該類(lèi)共有三個(gè)成員屬性。
unsafe：該類(lèi)是JDK提供的可以對(duì)內(nèi)存直接操作的工具類(lèi)。
valueOffset：該值保存著AtomicInteger基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址，方便unsafe直接對(duì)內(nèi)存的操作。
value：保存著AtomicInteger基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使用volatile修飾，可以保證該值對(duì)內(nèi)存可見(jiàn)，也是原子類(lèi)實(shí)現(xiàn)的理論保障。
再談靜態(tài)代碼塊（初始化）
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
該過(guò)程實(shí)際上就是計(jì)算成員變量value的內(nèi)存偏移地址，計(jì)算后，可以更直接的對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作。
了解核心方法compareAndSet(int expect,int update)：
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
在該方法中調(diào)用了unsafe提供的服務(wù)：
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
下面看看這個(gè)類(lèi)在JDK中是如何實(shí)現(xiàn)的：
jboolean sun::misc::Unsafe::compareAndSwapInt (jobject obj, jlong offset,jint expect, jint update) {
jint *addr = (jint *)((char *)obj + offset); //1
return compareAndSwap (addr, expect, update);
}
static inline bool compareAndSwap (volatile jlong *addr, jlong old, jlong new_val) {
jboolean result = false;
spinlock lock; //2
if ((result = (*addr == old))) //3
*addr = new_val; //4
return result; //5
}
通過(guò)對(duì)象地址和value的偏移量地址，來(lái)計(jì)算value的內(nèi)存地址。
使用自旋鎖來(lái)處理并發(fā)問(wèn)題。
比較內(nèi)存中的值與調(diào)用方法時(shí)調(diào)用方所期待的值。
如果3中的比較符合預(yù)期，則重置內(nèi)存中的值。
如果成功置換則返回true，否則返回false；
綜上所述：compareAndSet的實(shí)現(xiàn)依賴于兩個(gè)條件：
volatile原語(yǔ)：保證在操作內(nèi)存的值時(shí)，該值的狀態(tài)為最新的。（被volatile所修飾的變量在讀取值時(shí)都會(huì)從變量的地址中讀取，而不是從寄存器中讀取，保證數(shù)據(jù)對(duì)所有線程都是可見(jiàn)的）
Unsafe類(lèi)：通過(guò)該類(lèi)提供的功能，可以直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作。
了解常見(jiàn)操作getAndIncrement()：
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); }
同樣使用unsafe提供的方法：
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);//1
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));//2
return var5;
}
//getIntVolatile方法native實(shí)現(xiàn)
jint sun::misc::Unsafe::getIntVolatile (jobject obj, jlong offset)
{
volatile jint *addr = (jint *) ((char *) obj + offset); //3
jint result = *addr; //4
read_barrier (); //5
return result; //6
}
inline static void read_barrier(){
__asm__ __volatile__("" : : : "memory");
}
通過(guò)volatile方法獲取當(dāng)前內(nèi)存中該對(duì)象的value值。
計(jì)算value的內(nèi)存地址。
將值賦值給中間變量result。
插入讀屏障，保證該屏障之前的讀操作后后續(xù)的操作可見(jiàn)。
返回當(dāng)前內(nèi)存值
通過(guò)compareAndSwapInt操作對(duì)value進(jìn)行+1操作，如果再執(zhí)行該操作過(guò)程中，內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)生變更，則執(zhí)行失敗，但循環(huán)操作直至成功。
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