文章目錄

• 線程安全性文章索引
• 腦圖
• 線程安全性的定義
• 線程安全性的體現(xiàn)
• 原子性
• • 使用AtomicInteger改造線程不安全的變量
  • incrementAndGet源碼分析-UnSafe類 compareAndSwapInt （CAS）
  • CAS操作中可能會帶來的ABA問題
  • • ABA問題的解決辦法
    • AtomicLong 和 LongAdder
    • LongAdder的優(yōu)化思路
    • LongAdder的優(yōu)缺點
  • AtomicReference 和 AtomicIntegerFieldUpdater
• 代碼

線程安全性文章索引

并發(fā)編程-03線程安全性之原子性（Atomic包）及原理分析

并發(fā)編程-04線程安全性之原子性Atomic包的4種類型詳解

并發(fā)編程-05線程安全性之原子性【鎖之synchronized】

并發(fā)編程-06線程安全性之可見性 (synchronized + volatile)

并發(fā)編程-07線程安全性之有序性

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腦圖

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線程安全性的定義

當(dāng)多個線程訪問某個類時，不管運行時環(huán)境采用何種調(diào)度方式或者這些進(jìn)程將如何進(jìn)行交替，并且在主調(diào)代碼中不需要任何額外的同步或者協(xié)同，這個類都能表現(xiàn)正確的行為，那么這個類就是線程安全的。

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線程安全性的體現(xiàn)

線程安全性主要體現(xiàn)在一下三個方面

1. 原子性
2. 可見性
3. 有序性

原子性：提供互斥訪問，同一時刻只能有一個線程來對它進(jìn)行操作

可見性：一個線程對主內(nèi)存的修改可以及時被其他線程觀察到

有序性：一個線程觀察其他線程中的指令執(zhí)行順序，由于指令重排序的存在，該觀察結(jié)果一般雜亂無序

我們逐個來看下這3個特性，首先來學(xué)習(xí)下線程安全的原子性JDK中提供的類以及原理。

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原子性

提到原子性，就不得不提jdk1.5開始提供的juc中的Atomic包，Atomic包中的原子操作類提供了一種用法簡單、性能高效、線程安全的更新一個變量的方式。

先回顧下線程不安全的寫法

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使用AtomicInteger改造線程不安全的變量

下面我們通過示例來演示下Atomic包中的原子類是如何線程安全的更新一個變量的方式

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incrementAndGet源碼分析-UnSafe類 compareAndSwapInt （CAS）

AtomicInteger#incrementAndGet 是如何實現(xiàn)線程安全的呢？

看下源碼 （JDK1.8）

調(diào)用了Unsafe類中的getAndAddInt()方法，該方法執(zhí)行一個CAS操作，保證線程安全。

UnSafe的getAndAddInt方法實現(xiàn)：

//Unsafe類中的getAndAddInt方法 public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) { int v; do { v = getIntVolatile(o, offset); } while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta)); return v; }

getAndAddInt通過一個while循環(huán)不斷的重試更新要設(shè)置的值，直到成功為止，調(diào)用的是Unsafe類中的compareAndSwapInt方法，是一個CAS操作方法。 【CAS操作是基于系統(tǒng)原語的（原語的執(zhí)行必須是連續(xù)的，操作期間不會被系統(tǒng)中斷，是一條CPU的原子指令），因此是一個不需要加鎖的鎖，也因此不可能出現(xiàn)死鎖的情況。】

CAS方法的主要實現(xiàn)邏輯

CAS：Compare and Swap
CAS(V, E, N)

V：要更新的變量
E：預(yù)期值
N：新值

如果V值等于E值，則將V值設(shè)為N值；如果V值不等于E值，說明其他線程做了更新，那么當(dāng)前線程什么也不做。（放棄操作或重新讀取數(shù)據(jù)）

在JDK中的實現(xiàn)為，加入了個偏移量offset

Unsafe里的CAS 操作相關(guān):

//第一個參數(shù)o為給定對象，offset為對象內(nèi)存的偏移量，通過這個偏移量迅速定位字段并設(shè)置或獲取該字段的值， //expected表示期望值，x表示要設(shè)置的值，下面3個方法都通過CAS原子指令執(zhí)行操作。 public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset,Object expected, Object x); public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,int expected,int x); public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset,long expected,long x);

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上面的incrementAndGet 源碼分析是基于JDK1.8的，如果是1.8之前的方法，1.8之前的方法則是通過for的死循環(huán)實現(xiàn)的：

//JDK 1.7的源碼，由for的死循環(huán)實現(xiàn)，并且直接在AtomicInteger實現(xiàn)該方法， //JDK1.8后，該方法實現(xiàn)已移動到Unsafe類中，直接調(diào)用getAndAddInt方法即可 public final int incrementAndGet() { for (;;) { int current = get(); int next = current + 1; if (compareAndSet(current, next)) return next; } }

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CAS操作中可能會帶來的ABA問題

當(dāng)?shù)谝粋€線程執(zhí)行CAS(V,E,U)操作，在獲取到當(dāng)前變量V，準(zhǔn)備修改為新值U前，另外兩個線程已連續(xù)修改了兩次變量V的值，使得該值又恢復(fù)為舊值。

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ABA問題的解決辦法

• AtomicStampedReference類 時間戳

一個帶有時間戳的對象引用，每次修改時，不但會設(shè)置新的值，還會記錄修改時間。在下一次更新時，不但會對比當(dāng)前值和期望值，還會對比當(dāng)前時間和期望值對應(yīng)的修改時間，只有二者都相同，才會做出更新。

底層實現(xiàn)為：一個鍵值對Pair存儲數(shù)據(jù)和時間戳，并構(gòu)造volatile修飾的私有實例；兩者都符合預(yù)期才會調(diào)用Unsafe的compareAndSwapObject方法執(zhí)行數(shù)值和時間戳替換

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• AtomicMarkableReference類

一個boolean值的標(biāo)識，true和false兩種切換狀態(tài)表示是否被修改。不推薦使用。

原理參考：Java中的CAS和Unsafe類

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AtomicLong 和 LongAdder

上面的AtomicInteger也可以改成AtomicLong ,其他地方都無需調(diào)整，效果是一樣的。 這里我們要引出的JDK8中對AtomicLong的改進(jìn)類LongAdder.

多次執(zhí)行，結(jié)果總是10000.

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LongAdder的優(yōu)化思路

LongAdder所使用的思想就是熱點分離，這一點可以類比一下ConcurrentHashMap的設(shè)計思想。就是將value值分離成一個數(shù)組，當(dāng)多線程訪問時，通過hash算法映射到其中的一個數(shù)字進(jìn)行計數(shù)。而最終的結(jié)果，就是這些數(shù)組的求和累加。這樣一來，就減小了鎖的粒度

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LongAdder的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

• LongAccumulator與LongAdder在高并發(fā)環(huán)境下比AtomicLong更高效。 如果僅僅是需要做形如count++的操作，如果使用的JDK8的話，推薦使用LongAdder代替AtomicLong。

缺點：

• LongAdder在統(tǒng)計的時候如果有并發(fā)更新，可能導(dǎo)致統(tǒng)計的數(shù)據(jù)有誤差。

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AtomicReference 和 AtomicIntegerFieldUpdater

因篇幅原因 AtomicReference 和 AtomicIntegerFieldUpdater 的使用見另外一篇博客
并發(fā)編程-04線程安全性之原子性Atomic包詳解

原子更新引用類型: AtomicReference

原子更新字段類型： AtomicIntegerFieldUpdater

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代碼

https://github.com/yangshangwei/ConcurrencyMaster

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的并发编程-03线程安全性之原子性（Atomic包）及原理分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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