面试官:说说Java 原子类

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一般情况下如果我们想避免原子性问题的时都会选择加锁,但是我们都知道加锁和解锁是有消耗的。并且只要有加锁、解锁就会伴随着线程阻塞、线程的唤醒,这样线程的切换也是消耗性能的。

从JDK1.5起就提供了原子类,能无锁的避免原子性问题,所以在简单的情况下,而且是只有就竞争一个共享变量的情况下,可以使用Java原子类,如果是多个共享变量的话基本上只能加锁了,原子类就不太好使了! Java原子类可以分为五大类:原子更新基本类型、原子更新数组、原子更新引用类型、原子更新属性(类的字段)、原子累加器。 它们是怎么做到没加锁实现原子性的呢?没什么大秘密就是硬件的支持!我们知道CPU指令肯定是原子性的,为了解决并发的问题CPU提供了一条指令——CAS(compare and swap 即比较并交换)。

CAS 指令包含 3 个参数:共享变量的内存地址 A、用于比较的值 B 和共享变量的新值 C。只有当内存中地址A的值等于B,才能把地址A的值变成C。

也就是只有预期值B等于内存地址A中的值时,表明共享变量没有被其他线程修改过,所以才允许更新新值,这样就保证了原子性!

CAS还会有ABA问题,就是当你比较的时候,可能你的值被一个线程改了之后,另一个线程又改了回来,然后你比较的时候发现和预期值一样,其实是被改过的。就类似你走在路上,你手机放口袋里,小偷偷走了你的手机,但是一抬头看到了头上的监控,又默默的放回你的口袋。你根本不知道发生了这件事,然后悠然的拿起手机,刷了波朋友圈,又默默的塞进口袋。。。

大部分情况下不需要关心这个,例如基本类型等,但是原子更新引用类型,因为可能比较的时候线程但是里面的某个属性已经变了。可以添加一个版本号来避免这个问题。

通常利用CAS来解决并发问题都通过自旋手段,这里的自旋的其实循环尝试,再说白一点就是while循环。举个例子来看一下AtomicInteger源码,声明了 private volatile int value; 通过volatile 关键字保证可见性。

public final int getAndIncrement() {
   return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
   int var5;
   do {
       var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);  //读取内存中的值
   } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); //如果预期值不符合则重新读取内存中的值做比较

   return var5;
}

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

原子类都是调用sun.misc.Unsafe来的实现的,就比如上面的代码就是调用unsafe.getAndAddInt()。 do while就是自旋操作了,compareAndSwapInt是native方法。

所有的原子类实现基本上都是这个思路!讲白了就是调用硬件提供CAS这种操作,Java并发包帮我们封装了一下,使得我们更容易的调用!

原子更新基本类型

相关实现类:AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong。主要就是用来基本类型的操作

原子更新数组类型

相关实现类:AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray。可以原子化地更新数组里面的每一个元素,和原子更新基本类型差别就是基本上方法都多了个数组的下标。

原子更新引用类型

相关实现类:AtomicReference、AtomicStampedReference 、AtomicMarkableReference。这个就要重点关注ABA,但是Java已经关注到了所以AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference 就能避免ABA问题了,就是用了版本号!

原子更新字段类型

相关实现类:AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater 它们可以原子化地更新对象的属性,注意更新类的字段(属性)必须使用public volatile修饰符,这样才能保证可见性。

原子累加器

相关实现类:LongAccumulator、LongAdder、DoubleAccumulator、DoubleAdder。这几个类只能用来进行累加操作,现对于原子更新基本类型它们的性能更好些,所以如果只有累加操作可以用这几个类!


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