什么是Atomic
Atomic是原子性的意思，可以自動更新，用于原子增量計數(shù)器之類的應用程序?？梢越鉀Q多線程環(huán)境遞增的異議性問題。
怎么使用Atomic
AtomicIntegerDemo
public class Atomic {
AtomicInteger integer = new AtomicInteger(0);
@Test
public void testAtomicInteger() throws InterruptedException {
ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 50, 20, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
for (int i = 0; i < 100; i++) {
executor.execute(this::add);
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
}
executor.shutdown();
}
public void add() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(integer.incrementAndGet());
}
}
}
運行結果
為什么要使用Atomic類
首先看一下不使用Atomic，以上Demo的運行結果會有什么問題
不使用AtomicDemo
public class IntDemo {
int a = 1;
@Test
public void testInt() {
final int[] int1 = {0};
ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 50, 20, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
for (int i = 0; i < 10; i++) {
executor.execute(() -> {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
int1[0]++;
System.out.println(int1[0]);
}
});
}
executor.shutdown();
}
}
運行結果
從運行結果來看，最終的結果不為100，可見在多線程的環(huán)境下，int自增操作并不是原子性的，這樣就會導致一些問題。
為什么會出現(xiàn)這個問題？
1. 首先先了解一下，底層CPU、緩存已經主存之間的關系（intel）
- 主存(Main Memory)：允許application，Java代碼將會編譯成字節(jié)碼，然后由操作系統(tǒng)翻譯成機器碼，最后加載到內存中。
- L3 unified cache：L3級緩存，這一塊的數(shù)據(jù)的是被封裝的CPU的所有核心共享的，也是三級緩存中容量最大。
- L2 unified cache：L2級緩存，這一塊的數(shù)據(jù)是被單個核心所獨享的。
- L1 unified cache：L2級緩存，這一塊的數(shù)據(jù)是被單個核心所獨享的。
- ALU：CPU計算單元，負責數(shù)理邏輯計算。
- Register：寄存器單元，其中包含若干的寄存器，有PC（程序計數(shù)器）、IR（指令寄存器）、DR（數(shù)據(jù)寄存器）等。
以上程序的共享變量i，沒有進行鎖、同步等數(shù)據(jù)一致性處理。變量i會被從內存讀取到CPU封裝的L3緩存，如果在多線程環(huán)境下，會存在兩個操作變量i的線程同時跑在不同的核心上。
假設線程A->Core1，線程B->Core2，線程A從L3中讀取到變量i為0，線程B從L3中讀取到變量i也為0，線程A對變量i++得到i=1，同樣線程B也對變量i++得到i=1，回寫到內存時i=1，但是實際上已經進行了兩次的++，故結果不正確。
特殊：四核八線程，對于一個核心，為了提高ALU的計算效率，會存在一個ALU單元對應兩組Register，也就是所謂的超線程。此處的數(shù)據(jù)同步問題，博主還在學習?！救绻写罄辛私猓梢砸黄鹧芯垦芯俊?/p>
2. 再來了解一下，JMM(Java Memory Model)
- 線程A從主存中將變量讀取到本地內存，僅僅是讀取，后續(xù)還要進行加載。
- 將讀取到的變量加載到本地工作內存，此時變量是主存中變量的副本。
- 將線程本地變量讀取到執(zhí)行引擎進行計算。
- 將第3步的計算結果刷回到線程本地工作內存中。
- 將本地工作內存寫入到主存中，僅僅是寫操作，后續(xù)還要進行存儲。
- 將線程本地計算結果寫回主存中。
- 線程B和線程B可以同時進行以上6步。
從以上的JMM模型的執(zhí)行流程來看，當多線程的環(huán)境下，線程A和線程B可以同時讀取主存中的變量，然后復制到本地工作內存中，接著計算，最后在將計算結果寫回到主存中會存在數(shù)據(jù)不一致性。
Atomic原子類是如何保證并發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)一致性的？
上源碼
在前文中，對于AtomicInteger遞增是調用的incrementAndGet
從源碼中可見，調用的是unsafe.getAndAddInt，讓我們來看看這個方法的實現(xiàn)。
從源碼中可見，先是以getIntVolatile的方法(native方法)獲取變量的值，然后調用compareAndSwapInt的方法(著名的CAS)進行數(shù)據(jù)的更改操作。
CAS原理(類似于一種樂觀鎖的概念)
CAS(compare and swap)，比較并交換。
- 在并發(fā)環(huán)境下
- 讀?。?
- 每個修改共享變量的線程都可以讀取并進行修改
- 寫入：
- 如果此時的數(shù)據(jù)等于該線程一開始讀取到的值，則將計算結果寫入到主存中，
- 否則就重新讀取最新值，然后進行重新計算，反復如此操作，直到寫入成功。
- 針對于其中的ABA問題，可以使用一個version來解決，version可以是uuid或者時間戳等，具體可以取決于業(yè)務場景。
深入源碼（以AtomicInteger為例）
類關系圖
如圖，可知AtomicInteger繼承了Number抽象類，此抽象類中定義了一些關于數(shù)字之間的一些基礎操作，具體方法如下圖。
成員變量
構造方法&set&get
- 構造方法有兩個：一個無參構造器、一個有參構造器
-
get：獲取value -
set：設置value -
lazySet：異步設置value
加/減/設值操作
-
getAndSet(int newValue)：將變量值設置成newValue，并返回舊值。 -
compareAndSet(int expect, int update)：比較并設置值，只有當原有的value=expect時，才會將變量值設置成update，返回操作結果。 -
weakCompareAndSet：與compareAndSet(int expect, int update)類似，但是不強制原子性。 -
getAndIncrement()：原子遞增，返回舊值。 -
getAndDecrement()：原子遞減，返回舊值。 -
getAndAdd(int delta)：原子增加delta，返回舊值。 -
incrementAndGet()：原子遞增，返回新值。 -
decrementAndGet()：原子遞減，返回新值。 -
addAndGet(int delta)：原子增加delta，返回新值。
更新操作
getAndUpdate(IntUnaryOperator updateFunction)
此方法會先獲取之前的值，然后將updateFunction函數(shù)作用于之前的讀取出來的值，最后將變量設置成計算得到的結果。此方法返回操作之前的舊值。
updateAndGet(IntUnaryOperator updateFunction)
此方法會先獲取之前的值，然后將updateFunction函數(shù)作用于之前的讀取出來的值，最后將變量設置成計算得到的結果。此方法返回操作之后的新值。
累加操作
getAndAccumulate(int x, IntBinaryOperator accumulatorFunction)
此方法會先獲取之前的值，然后將accumulatorFunction函數(shù)作用于之前的讀取出來的值（其實就是將之前的舊值+x），最后將變量設置成計算得到的結果。此方法返回操作之前的舊值。
accumulateAndGet(int x, IntBinaryOperator accumulatorFunction)
此方法會先獲取之前的值，然后將accumulatorFunction函數(shù)作用于之前的讀取出來的值（其實就是將之前的舊值+x），最后將變量設置成計算得到的結果。此方法返回操作之后的新值。
總結：對于get在方法名稱前面的話，那么會返回操作之前的舊值。如果子啊方法名稱后面，那么會返回操作之后的新值
