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AtomicInteger 原子類(lèi)的作用

MartinDai / 1334人閱讀

摘要：原子類(lèi)的作用多線程操作，性能開(kāi)銷(xiāo)太大并不是原子操作。每次比較的是兩個(gè)對(duì)象性能比要好使用時(shí)，在高并發(fā)下大量線程會(huì)同時(shí)去競(jìng)爭(zhēng)更新同一個(gè)原子變量，但是由于同時(shí)只有一個(gè)線程的會(huì)成功，所以其他線程會(huì)不斷嘗試自旋嘗試操作，這會(huì)浪費(fèi)不少的資源。

AtomicInteger 原子類(lèi)的作用

多線程操作，Synchronized 性能開(kāi)銷(xiāo)太大count++并不是原子操作。因?yàn)?b>count++需要經(jīng)過(guò)讀取-修改-寫(xiě)入三個(gè)步驟。

count++并不是原子操作。因?yàn)?b>count++需要經(jīng)過(guò)讀取-修改-寫(xiě)入三個(gè)步驟。

可以這樣做：

public synchronized void increase() {
    count++;
}

Synchronized鎖是獨(dú)占的，意味著如果有別的線程在執(zhí)行，當(dāng)前線程只能是等待！

用CAS操作

CAS有3個(gè)操作數(shù)：

內(nèi)存值V


舊的預(yù)期值A(chǔ)


要修改的新值B

當(dāng)多個(gè)線程嘗試使用CAS同時(shí)更新同一個(gè)變量時(shí)，只有其中一個(gè)線程能更新變量的值(A和內(nèi)存值V相同時(shí)，將內(nèi)存值V修改為B)，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會(huì)被掛起，而是被告知這次競(jìng)爭(zhēng)中失敗，并可以再次嘗試(或者什么都不做)。

我們可以發(fā)現(xiàn)CAS有兩種情況：

如果內(nèi)存值V和我們的預(yù)期值A(chǔ)相等，則將內(nèi)存值修改為B，操作成功！




如果內(nèi)存值V和我們的預(yù)期值A(chǔ)不相等，一般也有兩種情況：



重試(自旋)


什么都不做

理解CAS的核心就是：

CAS是原子性的，雖然你可能看到比較后再修改(compare and swap)覺(jué)得會(huì)有兩個(gè)操作，但終究是原子性的！

原子變量類(lèi)在java.util.concurrent.atomic包下，總體來(lái)看有這么多個(gè) 



基本類(lèi)型：



AtomicBoolean：布爾型


AtomicInteger：整型


AtomicLong：長(zhǎng)整型







數(shù)組：



AtomicIntegerArray：數(shù)組里的整型


AtomicLongArray：數(shù)組里的長(zhǎng)整型


AtomicReferenceArray：數(shù)組里的引用類(lèi)型







引用類(lèi)型：



AtomicReference：引用類(lèi)型


AtomicStampedReference：帶有版本號(hào)的引用類(lèi)型


AtomicMarkableReference：帶有標(biāo)記位的引用類(lèi)型







對(duì)象的屬性



AtomicIntegerFieldUpdater：對(duì)象的屬性是整型


AtomicLongFieldUpdater：對(duì)象的屬性是長(zhǎng)整型


AtomicReferenceFieldUpdater：對(duì)象的屬性是引用類(lèi)型







JDK8新增DoubleAccumulator、LongAccumulator、DoubleAdder、LongAdder


是對(duì)AtomicLong等類(lèi)的改進(jìn)。比如LongAccumulator與LongAdder在高并發(fā)環(huán)境下比AtomicLong更高效。

Atomic包里的類(lèi)基本都是使用Unsafe實(shí)現(xiàn)的包裝類(lèi)

Unsafe里邊有幾個(gè)我們喜歡的方法(CAS)：

// 第一和第二個(gè)參數(shù)代表對(duì)象的實(shí)例以及地址，第三個(gè)參數(shù)代表期望值，第四個(gè)參數(shù)代表更新值
public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);

原子變量類(lèi)使用 

class Count{
    // 共享變量(使用AtomicInteger來(lái)替代Synchronized鎖)
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    public Integer getCount() {
        return count.get();
    }
    public void increase() {
        count.incrementAndGet();
    }
}

原子類(lèi)的ABA問(wèn)題

下面的操作都可以正常執(zhí)行完的，這樣會(huì)發(fā)生什么問(wèn)題呢？？線程C無(wú)法得知線程A和線程B修改過(guò)的count值，這樣是有風(fēng)險(xiǎn)的。

現(xiàn)在我有一個(gè)變量count=10，現(xiàn)在有三個(gè)線程，分別為A、B、C


線程A和線程C同時(shí)讀到count變量，所以線程A和線程C的內(nèi)存值和預(yù)期值都為10


此時(shí)線程A使用CAS將count值修改成100


修改完后，就在這時(shí)，線程B進(jìn)來(lái)了，讀取得到count的值為100(內(nèi)存值和預(yù)期值都是100)，將count值修改成10


線程C拿到執(zhí)行權(quán)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)存值是10，預(yù)期值也是10，將count值修改成11

解決ABA問(wèn)題 

要解決ABA的問(wèn)題，我們可以使用JDK給我們提供的AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference類(lèi)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在給為這個(gè)對(duì)象提供了一個(gè)版本，并且這個(gè)版本如果被修改了，是自動(dòng)更新的。


原理大概就是：維護(hù)了一個(gè)Pair對(duì)象，Pair對(duì)象存儲(chǔ)我們的對(duì)象引用和一個(gè)stamp值。每次CAS比較的是兩個(gè)Pair對(duì)象

LongAdder 性能比 AtomicLong 要好

使用AtomicLong時(shí)，在高并發(fā)下大量線程會(huì)同時(shí)去競(jìng)爭(zhēng)更新同一個(gè)原子變量，但是由于同時(shí)只有一個(gè)線程的CAS會(huì)成功，所以其他線程會(huì)不斷嘗試自旋嘗試CAS操作，這會(huì)浪費(fèi)不少的CPU資源。

而LongAdder可以概括成這樣：內(nèi)部核心數(shù)據(jù)value分離成一個(gè)數(shù)組(Cell)，每個(gè)線程訪問(wèn)時(shí),通過(guò)哈希等算法映射到其中一個(gè)數(shù)字進(jìn)行計(jì)數(shù)，而最終的計(jì)數(shù)結(jié)果，則為這個(gè)數(shù)組的求和累加。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將一個(gè)值分散成多個(gè)值，在并發(fā)的時(shí)候就可以分散壓力，性能有所提高。

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