Atomic

CAS原语

CAS（compare and swap）是一组原语指令，用来实现多线程下的变量同步。

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

在 x86 下的指令CMPXCHG实现了CAS，前置LOCK既可以达到原子性操作。截止2013，大部分多核处理器均支持CAS。

CAS原语有三个参数，内存地址，期望值，新值。如果内存地址的值==期望值，表示该值未修改，此时可以修改成新值。否则表示修改失败，返回false，由用户决定后续操作。

在x86 平台上，CPU提供了在指令执行期间对总线加锁的手段。CPU芯片上有一条引线#HLOCK pin，如果汇编语言的程序中在一条指令前面加上前缀"LOCK"，经过汇编以后的机器代码就使CPU在执行这条指令的时候把#HLOCK pin的电位拉低，持续到这条指令结束时放开，从而把总线锁住，这样同一总线上别的CPU就暂时不能通过总线访问内存了，保证了这条指令在多处理器环境中的原子性。

ABA 问题

AtomicMarkableReference/AtomicStampedReference在解决“ABA问题”上很有用。

thread1意图对val=1进行操作变成2，cas(*val,1,2)。

thread1先读取val=1；thread1被抢占（preempted），让thread2运行。

    public final int getAndSet(int newValue) {
        for (;;) {
　　　　　　　//先读取val=1
            int current = get();
　　　　　　　//线程被抢占
            if (compareAndSet(current, newValue))
                return current;
        }
    }

thread2 修改val=3，又修改回1。

thread1继续执行，发现期望值与“原值”（其实被修改过了）相同，完成CAS操作。

使用CAS会造成ABA问题，特别是在使用指针操作一些并发数据结构时。

解决方案

ABAʹ：添加额外的标记用来指示是否被修改。 

AtomicIntegerFieldUpdater<T>

AtomicLongFieldUpdater<T>

AtomicReferenceFieldUpdater<T,V>

是基于反射的原子更新字段的值。

相应的API也是非常简单的，但是也是有一些约束的。

（1）字段必须是volatile类型的！volatile到底是个什么东西。

（2）字段的描述类型（修饰符public/protected/default/private）是与调用者与操作对象字段的关系一致。也就是说调用者能够直接操作对象字段，那么就可以反射进行原子操作。但是对于父类的字段，子类是不能直接操作的，尽管子类可以访问父类的字段。

（3）只能是实例变量，不能是类变量，也就是说不能加static关键字。

（4）只能是可修改变量，不能使final变量，因为final的语义就是不可修改。实际上final的语义和volatile是有冲突的，这两个关键字不能同时存在。

（5）对于AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicLongFieldUpdater只能修改int/long类型的字段，不能修改其包装类型（Integer/Long）。如果要修改包装类型就需要使用AtomicReferenceFieldUpdater。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;   

public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo {   

   class DemoData{
       public volatile int value1 = 1;
       volatile int value2 = 2;
       protected volatile int value3 = 3;
       private volatile int value4 = 4;
   }
    AtomicIntegerFieldUpdater<DemoData> getUpdater(String fieldName) {
        return AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(DemoData.class, fieldName);
    }
    void doit() {
        DemoData data = new DemoData();
        System.out.println("1 ==> "+getUpdater("value1").getAndSet(data, 10));
        System.out.println("3 ==> "+getUpdater("value2").incrementAndGet(data));
        System.out.println("2 ==> "+getUpdater("value3").decrementAndGet(data));
        System.out.println("true ==> "+getUpdater("value4").compareAndSet(data, 4, 5));
    }
    public static void main(String[] args) {
        AtomicIntegerFieldUpdaterDemo demo = new AtomicIntegerFieldUpdaterDemo();
        demo.doit();
    }
}   

在上面的例子中DemoData的字段value3/value4对于AtomicIntegerFieldUpdaterDemo类是不可见的，因此通过反射是不能直接修改其值的。

AtomicMarkableReference类描述的一个<Object,Boolean>的对，可以原子的修改Object或者Boolean的值，这种数据结构在一些缓存或者状态描述中比较有用。这种结构在单个或者同时修改Object/Boolean的时候能够有效的提高吞吐量。

AtomicStampedReference类维护带有整数“标志”的对象引用，可以用原子方式对其进行更新。对比AtomicMarkableReference类的<Object,Boolean>，AtomicStampedReference维护的是一种类似<Object,int>的数据结构，其实就是对对象（引用）的一个并发计数。但是与AtomicInteger不同的是，此数据结构可以携带一个对象引用（Object），并且能够对此对象和计数同时进行原子操作。