Java 原子性实现 CAS操作 AtomInteger类

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原子操作

不会被线程调度机制打乱的操作,一旦开始,就一直运行到结束。

注意,i++, ++i, i--, --i 不是原子操作,以 i++ 为例,实际上它包括了以下三个步骤,在多线程情况下每一步都可能会被打乱:

  • 1,读取 i
  • 2,操作 i + 1
  • 3,写回内存

例如如下代码:
开启 100 个线程,同时执行 i++,最后结果并不能保证是 100。

public class Atom_Test {
    private static int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }

                    i++;
                }
            }.start();
        }

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        System.out.println(i);
    }
}

CAS操作

CAS操作是一种 CPU 原语,性能较好。

CAS操作基于乐观锁,基本流程如下:

  • 1,在操作之前读取内存值,设为 期望数据
  • 2,在 期望数据 上操作(如 +1)得到 新数据
  • 3,compareAndSet( 期望数据, 新数据) 方法先比较当前内存值是否与 期望数据 相等:
    • 如果相等,写入 新数据
    • 如果不等,说明该数据在此期间已经被其他线程修改,因此不写入 新数据,而是重新执行步骤 1

CAS操作可能存在的问题:
ABA 问题,即内存值实际上被其他线程修改过,例如从 A 修改为 B,随后又修改为 A,这样当前线程会误认为该数据在此期间没有被其他线程修改。

atomic 包

java.util.concurrent.atomic 包提供了原子操作的类,例如

  • AtomicInteger
  • AtomicLong
  • AtomicBoolean
  • AtomicReference

AtomicInteger,它提供了支持原子操作的方法,包括:

  • int get()
  • int getAndSet(int newValue)
  • int getAndIncrement()
  • int incrementAndGet()
  • int getAndDecrement()
  • int decrementAndGet()

例如如下代码:
我们使用 AtomicInteger 替代了 int,这样可以确保最后的结果是 100。

public class Atom_Test {
    private static AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) {
        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }

                    i.getAndIncrement();
                }
            }.start();
        }

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        System.out.println(i);
    }
}
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