java-多线程深入（五）Atomic分析

（一）Atomic的使用

java.util.concurrent中提供了atomic原子包，可以实现原子操作（atomic operation），即在多线程环境中，执行的操作不会被其他线程打断。

/**
 * atomic简单demo
 * 
 * @author peter_wang
 * @create-time 2014-6-9 上午9:29:58
 */
public class AtomicDemo
    extends Thread {

    private static final AtomicInteger TEST_INT = new AtomicInteger();

    @Override
    public void run() {
        TEST_INT.incrementAndGet();
    }

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            AtomicDemo demo = new AtomicDemo();
            demo.start();
            try {
                demo.join();
            }
            catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        System.out.println("最终结果："+TEST_INT);
    }

}

运行结果：

最终结果：1000

多个线程对AtomicInteger类型的变量进行自增操作，运算结果无误。若用普通的int变量，i++多线程操作可能导致结果有误。

（二）原理分析

源码分析：

incrementAndGet函数

/**
     * Atomically increments by one the current value.
     *
     * @return the updated value
     */
    public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            //获取当前值value
            int current = get();
            int next = current + 1;
            //循环执行到递增成功
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

private volatile int value;

value是volatile类型，确保此线程能获取到最新值。

方法不断获取value值再进行递增操作，直至操作成功。

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

compareAndSet使用Unsafe调用native本地方法CAS（CompareAndSet）递增数值。

（三）CAS简要

CAS利用CPU调用底层指令实现。

单一处理器，进行简单的读写操作时，能保证自身读取的原子性，多处理器或复杂的内存操作时，CAS采用总线加锁或缓存加锁方式保证原子性。

1.总线加锁

如i=0初始化，多处理器多线程环境下进行i++操作下，处理器A和B同时读取i值到各自缓存，分别进行递增，回写值i=1相同。处理器提供LOCK#信号，进行总线加锁后，处理器A读取i值并递增，处理器B被阻塞不能读取i值。

2.缓存加锁

总线加锁，在LOCK#信号下，其他线程无法操作内存，性能较差，缓存加锁能较好处理该问题。

缓存加锁，处理器A和B同时读取i值到缓存，处理器A提前完成递增，数据立即回写到主内存，并让处理器B缓存该数据失效，处理器B需重新读取i值。