JUC之原子类

在分析原子类之前，先来了解CAS操作

CAS

　　CAS,compare and swap的缩写，中文翻译成比较并交换。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值 。否则，处理器不做任何操作。

无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该 位置的值。（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前 值。）

CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”

　　通常将 CAS 用于同步的方式是从地址 V 读取值 A，执行多步计算来获得新 值 B，然后使用 CAS 将 V 的值从 A 改为 B。如果 V 处的值尚未同时更改，则 CAS 操作成功。

　　java中提供了对CAS操作的支持，具体在sun.misc.Unsafe类中，声明如下：

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);

　　上面三个方法都是类似的，主要对4个参数做一下说明。

var1：表示要操作的对象

var2：表示要操作对象中属性地址的偏移量

var4：表示需要修改数据的期望的值

var5：表示需要修改为的新值

　　JUC包中大部分功能都是依靠CAS操作完成的，所以这块也是非常重要的.

synchronized、ReentrantLock这种独占锁属于悲观锁，它是在假设需要操作的代码一定会发生冲突的，执行代码的时候先对代码加锁，让其他线程在外面等候排队获取锁。

悲观锁如果锁的时间比较长，会导致其他线程一直处于等待状态，像我们部署的web应用，一般部署在tomcat中，内部通过线程池来处理用户的请求，如果很多请求都处于等待获取锁的状态，可能会耗尽tomcat线程池，7

从而导致系统无法处理后面的请求，导致服务器处于不可用状态。

　　除此之外，还有乐观锁，乐观锁的含义就是假设系统没有发生并发冲突，先按无锁方式执行业务，到最后了检查执行业务期间是否有并发导致数据被修改了，如果有并发导致数据被修改了 ，就快速返回失败，

　　这样的操作使系统并发性能更高一些。cas中就使用了这样的操作。

CAS 的问题

ABA问题

CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

　　这就是CAS的ABA问题。常见的解决思路是使用版本号。

　　在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A-B-A 就会变成1A-2B-3A。目前在JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。

循环时间长开销大

　　上面我们说过如果CAS不成功，则会原地循环（自旋操作），如果长时间自旋会给CPU带来非常大的执行开销。并发量比较大的情况下，CAS成功概率可能比较低，可能会重试很多次才会成功。

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JUC中原子类介绍

　　什么是原子操作？

　　　　atomic 翻译成中文是原子的意思。在化学上，我们知道原子是构成一般物质的最小单位，在化学反应中是不可分割的。

　　　　在我们这里 atomic 是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程干扰，所以，所谓原子类说简单点就是具有原子操作特征的类，

　　　　原子操作类提供了一些修改数据的方法，这些方法都是原子操作的，在多线程情况下可以确保被修改数据的正确性。

JUC中对原子操作提供了强大的支持，这些类位于java.util.concurrent.atomic包中，如下图：

　　　　　　　　　　

JUC中原子类思维导图

基本类型原子类

使用原子的方式更新基本类型

• AtomicInteger：int类型原子类
• AtomicLong：long类型原子类
• AtomicBoolean ：boolean类型原子类

这几个类的用法基本一致，这里以AtomicInteger为例总结常用的方法　

1. public final int get() //获取当前的值
2. public final int getAndSet(int newValue)//获取当前的值，并设置新的值
3. public final int getAndIncrement()//获取当前的值，并自增
4. public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减
5. public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值
6. boolean compareAndSet(int expect, int update) //如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入值（update）
7. public final void lazySet(int newValue)//最终设置为newValue,使用 lazySet 设置之后可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。

数组类型原子类介绍

使用原子的方式更新数组里的某个元素，可以确保修改数组中数据的线程安全性。

• AtomicIntegerArray：整形数组原子操作类
• AtomicLongArray：长整形数组原子操作类
• AtomicReferenceArray ：引用类型数组原子操作类

这几个类的用法一致，就以AtomicIntegerArray来总结下常用的方法：

1. public final int get(int i) //获取 index=i 位置元素的值
2. public final int getAndSet(int i, int newValue)//返回 index=i 位置的当前的值，并将其设置为新值：newValue
3. public final int getAndIncrement(int i)//获取 index=i 位置元素的值，并让该位置的元素自增
4. public final int getAndDecrement(int i) //获取 index=i 位置元素的值，并让该位置的元素自减
5. public final int getAndAdd(int delta) //获取 index=i 位置元素的值，并加上预期的值
6. boolean compareAndSet(int expect, int update) //如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将 index=i 位置的元素值设置为输入值（update）
7. public final void lazySet(int i, int newValue)//最终 将index=i 位置的元素设置为newValue,使用 lazySet 设置之后可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。

引用类型原子类介绍

基本类型原子类只能更新一个变量，如果需要原子更新多个变量，需要使用 引用类型原子类。

• AtomicReference：引用类型原子类
• AtomicStampedRerence：原子更新引用类型里的字段原子类
• AtomicMarkableReference ：原子更新带有标记位的引用类型

对象的属性修改原子类介绍

如果需要原子更新某个类里的某个字段时，需要用到对象的属性修改原子类。

• AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整形字段的值
• AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整形字段的值
• AtomicReferenceFieldUpdater ：原子更新应用类型字段的值
• AtomicStampedFieldUpdater: 原子更新带有版本号的引用类型。

使用AtomicStampedRerence解决ABA的问题

它内部不仅维护了对象的值，还维护了一个时间戳（我们这里把他称为时间戳，实际上它可以使用任何一个整形来表示状态值），当AtomicStampedRerence对应的数值被修改时，除了更新数据本身外，还必须要更新时间戳。

当AtomicStampedRerence设置对象值时，对象值及时间戳都必须满足期望值，写入才会成功。因此，即使对象值被反复读写，写回原值，只要时间戳发生变量，就能防止不恰当的写入。

高性能原子类

　　高性能原子类，是java8中增加的原子类，它们使用分段的思想，把不同的线程hash到不同的段上去更新，最后再把这些段的值相加得到最终的值，这些类主要有：

　　（1）Striped64：下面四个类的父类。

　　（2）LongAccumulator：long类型的聚合器，需要传入一个long类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。

　　（3）LongAdder：long类型的累加器，LongAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。

　　（4）DoubleAccumulator：double类型的聚合器，需要传入一个double类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。

　　（5）DoubleAdder：double类型的累加器，DoubleAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。

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