java并发编程学习13--Atomic数据结构简介

李增田发布于2019-08-15 13:26 / 1602人阅读

摘要：介绍中无锁的线程安全整数，一个提供原子操作的的类。在语言中，和操作并不是线程安全的，在使用的时候，不可避免的会用到关键字。而则通过一种线程安全的加减操作接口。就是的意思，比较并操作。有个操作数，内存值，旧的预期值，要修改的新值。

【介绍

JAVA 中无锁的线程安全整数 AtomicInteger，一个提供原子操作的Integer的类。在Java语言中，++i和i++操作并不是线程安全的，在使用的时候，不可避免的会用到synchronized关键字。而AtomicInteger则通过一种线程安全的加减操作接口。AtomicInteger为什么能够达到多而不乱，处理高并发应付自如呢？这是由硬件提供原子操作指令实现的，这里面用到了一种并发技术：CAS。在非激烈竞争的情况下，开销更小，速度更快。
Java.util.concurrent中实现的原子操作类包括：

AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicIntegerArray、AtomicLong、AtomicReference、AtomicReferenceArray。

【核心：基于CAS的乐观锁实现

1.悲观锁与乐观锁：

 - 悲观锁(Pessimistic Lock), 顾名思义，就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。
 - 乐观锁(Optimistic Lock), 顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库如果提供类似于write_condition机制的其实都是提供的乐观锁。

两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一种，像乐观锁适用于写比较少的情况下，即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果经常产生冲突，上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以这种情况下用悲观锁就比较合适。

2.CAS:

CAS就是Compare and Swap的意思，比较并操作。很多的cpu直接支持CAS指令。CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。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。

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

【与synchronized与ReentrantLock的比较

synchronized：
在资源竞争不是很激烈的情况下，偶尔会有同步的情形下，synchronized是很合适的。原因在于，编译程序通常会尽可能的进行优化synchronize，另外可读性非常好，不管用没用过5.0多线程包的程序员都能理解。

ReentrantLock:
ReentrantLock提供了多样化的同步，比如有时间限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。在资源竞争不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候，synchronized的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态（1.7后synchronized已经优化，性能差距很小）。

Atomic:
和上面的类似，不激烈情况下，性能比synchronized略逊，而激烈的时候，也能维持常态。激烈的时候，Atomic的性能会优于ReentrantLock一倍左右。但是其有一个缺点，就是只能同步一个值，一段代码中只能出现一个Atomic的变量，多于一个同步无效。因为他不能在多个Atomic之间同步。

【例子

package AtomicData;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Test test = new Test();
        MyThread my = new MyThread(test);
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            Thread t = new Thread(my);
            t.start();
        }
        //等待子线程执行完
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println(test.number);
    }

    AtomicInteger number = new AtomicInteger(0);
    protected void update() {
        number.getAndAdd(1);
    }
}
class MyThread implements Runnable {

    Test t;

    public MyThread(Test t){
        this.t =t;
    }

    @Override
    public void run() {
        t.update();
    }
}

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