并发中的Native方法，CAS操作与ABA问题

1.JNI和Native方法

Java中，通过JNI(Java Native Interface，java本地接口）来实现本地化，访问操作系统底层，如系统硬件等。

JNI的实现就是在Java里声明方法，然后编写C/C++实现该方法，步骤：

编写带有native声明的方法的java类，得到.java文件
使用javac命令编译所编写的java类，生成.class文件
使用javah -jni java类名生成扩展名为h的头文件，也即生成.h文件
使用C/C++（或者其他编程想语言）实现本地方法，创建.h文件的实现，也就是创建.cpp文件实现.h文件中的方法
将C/C++编写的文件生成动态连接库，生成dll文件
在Java中用System.loadLibrary()方法加载上面生成的动态链接库文件，这个native()方法就可以在Java中被访问了

不到万不得已不要使用JNI技术，一方面它需要你掌握更多的知识才可以驾驭，一方面使用了JNI你的程序就会丧失可移植性。

2.sun.misc.Unsafe

Java无法直接访问底层操作系统，而是通过本地（native）方法来访问。JDK中有一个类sun.misc.Unsafe，它提供了硬件级别的原子操作。

在Java.util.concurrent包里的很多代码实现都可以看到它的踪影。这个类尽管里面的方法都是public的，但是开发者是无法使用它的，只有在JDK内部实现中可以看到调用。

3.乐观锁和悲观锁

独占锁：是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。
乐观锁：每次不加锁，假设没有冲突去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。
乐观锁用到的机制就是CAS，Compare and Swap。
CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

4.CAS操作

CAS，Compare and Swap即比较并替换，设计并发算法时常用到的一种技术，
java.util.concurrent包很多地方都是使用的CSA，CAS是并发设计中非常重要。

CAS有三个操作数：

内存值V、旧的预期值A、要修改的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做并返回false。

当前的处理器基本都支持CAS，只不过不同的厂家的实现不一样。

以AtomicInteger为例，研究在没有锁的情况下是如何做到数据正确性的。

private volatile int value;

在没有锁的机制下需要借助volatile原语，在主存中直接操作，保证线程间的数据是共享的，
这样才获取变量的值的时候才能直接读取。

public final int get() {

//因为使用了volatile所以可以直接读取

return value;

}

然后来看看 ++i 是怎么做到的，代码来自JDK1.6：

 /**

     * Atomically increments by one the current value.

     *

     * @return the previous value

     */

    public final int getAndIncrement() {

        for (;;) {

            int current = get();

            int next = current + 1;

            if (compareAndSet(current, next))

                return current;

        }

    }

在这里采用了CAS操作，每次从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作，如果成功就返回结果，否则重试直到成功为止。

而compareAndSet利用JNI来完成CPU指令的操作。

/**

     * Atomically sets the value to the given updated value

     * if the current value {@code ==} the expected value.

     */

    public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) {

        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

    }

整体的过程就是这样子的，利用CPU的CAS指令，同时借助JNI来完成Java的非阻塞算法。

concurrent包下的原子类型都是这么实现的。

5.ABA问题

CAS：对于内存中的某一个值V，提供一个旧值A和一个新值B。如果提供的旧值V和A相等就把B写入V。这个过程是原子性的。
CAS执行结果要么成功要么失败，对于失败的情形下一班采用不断重试。或者放弃。
ABA：如果另一个线程修改V值假设原来是A，先修改成B，再修改回成A。当前线程的CAS操作无法分辨当前V值是否发生过变化。

如何解决ABA问题？

通常是使用版本戳来解决这个问题，避免并发中的问题。

点击查看用AtomicStampedReference解决ABA问题