線程安全：

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當多個線程訪問某個類時，不管運行時環(huán)境采用何種調(diào)度方式或者這些進程將如何交替執(zhí)行，并且在主調(diào)代碼中不需要任何額外的同步或協(xié)調(diào)，這個類都能表現(xiàn)出正確的行為，那么就稱這個類時線程安全的。

線程安全主要體現(xiàn)在以下三個方面：

原子性：提供了互斥訪問，同一時刻只能有一個線程對它進行操作

可見性：一個線程對主內(nèi)存的修改可以及時的被其他線程觀察到

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

引子

在多線程的場景中，我們需要保證數(shù)據(jù)安全，就會考慮同步的方案，通常會使用synchronized或者lock來處理，使用了synchronized意味著內(nèi)核態(tài)的一次切換。這是一個很重的操作。

有沒有一種方式，可以比較便利的實現(xiàn)一些簡單的數(shù)據(jù)同步，比如計數(shù)器等等。concurrent包下的atomic提供我們這么一種輕量級的數(shù)據(jù)同步的選擇。

使用例子

import java.util.concurrent.CountDownLatch; 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
 
public class App { 
 
 public static void main(String[] args) throws Exception { 
  CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100); 
 
  AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0); 
  for (int i = 0; i < 100; i++) { 
   new Thread() { 
    @Override 
    public void run() { 
     atomicInteger.getAndIncrement(); 
 
     countDownLatch.countDown(); 
    } 
   }.start(); 
  } 
 
  countDownLatch.await(); 
 
  System.out.println(atomicInteger.get()); 
 } 
} 

在以上代碼中，使用AtomicInteger聲明了一個全局變量，并且在多線程中進行自增，代碼中并沒有進行顯示的加鎖。

以上代碼的輸出結(jié)果，永遠都是100。如果將AtomicInteger換成Integer，打印結(jié)果基本都是小于100。

也就說明AtomicInteger聲明的變量，在多線程場景中的自增操作是可以保證線程安全的。接下來我們分析下其原理。

原理

我們可以看一下AtomicInteger的代碼

他的值是存在一個volatile的int里面。volatile只能保證這個變量的可見性。不能保證他的原子性。

可以看看getAndIncrement這個類似i++的函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，是調(diào)用了UnSafe中的getAndAddInt。

UnSafe是何方神圣？UnSafe提供了java可以直接操作底層的能力。

進一步，我們可以發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)方式：

如何保證原子性：自旋 + CAS（樂觀鎖）。在這個過程中，通過compareAndSwapInt比較更新value值，如果更新失敗，重新獲取舊值，然后更新。

優(yōu)缺點

CAS相對于其他鎖，不會進行內(nèi)核態(tài)操作，有著一些性能的提升。但同時引入自旋，當鎖競爭較大的時候，自旋次數(shù)會增多。cpu資源會消耗很高。

換句話說，CAS+自旋適合使用在低并發(fā)有同步數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。

Java 8做出的改進和努力

在Java 8中引入了4個新的計數(shù)器類型，LongAdder、LongAccumulator、DoubleAdder、DoubleAccumulator。他們都是繼承于Striped64。

在LongAdder 與AtomicLong有什么區(qū)別？

Atomic*遇到的問題是，只能運用于低并發(fā)場景。因此LongAddr在這基礎(chǔ)上引入了分段鎖的概念。可以參考《JDK8系列之LongAdder解析》一起看看做了什么。

大概就是當競爭不激烈的時候，所有線程都是通過CAS對同一個變量（Base）進行修改，當競爭激烈的時候，會將根據(jù)當前線程哈希到對于Cell上進行修改（多段鎖）。

可以看到大概實現(xiàn)原理是：通過CAS樂觀鎖保證原子性，通過自旋保證當次修改的最終修改成功，通過降低鎖粒度（多段鎖）增加并發(fā)性能。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對創(chuàng)新互聯(lián)的支持。

當前名稱：Java并發(fā)編程包中atomic的實現(xiàn)原理示例詳解
新聞來源：http://www.chinadenli.net/article44/piohhe.html

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