原子变量

• 类的小工具包，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。事实上，此包中的类可将 volatile 值、字段和数组元素的概念扩展到那些也提供原子条件更新操作的类。
• 类 AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong 和 AtomicReference 的实例各自提供对相应类型单个变量的访问和更新。每个类也为该类型提供适当的实用工具方法。
• AtomicIntegerArray、AtomicLongArray 和 AtomicReferenceArray 类进一步扩展了原子操作，对这些类型的数组提供了支持。这些类在为其数组元素提供 volatile 访问语义方面也引人注目，这对于普通数组来说是不受支持的。
• 核心方法：boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)
• java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子操作的常用类:

  AtomicBoolean 、AtomicInteger 、AtomicLong 、 AtomicReference
  AtomicIntegerArray 、AtomicLongArray
  AtomicMarkableReference
  AtomicReferenceArray
  AtomicStampedReference

CAS算法

• CAS (Compare-And-Swap) 是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的处理器中的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问。
• CAS 是一种无锁的非阻塞算法的实现。
• CAS 包含了 3 个操作数：

  1. 需要读写的内存值 V
  2. 进行比较的值 A
  3. 拟写入的新值 B

• 当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V 的值，否则不会执行任何操作

public class TestAtomicDemo {

    public static void main(String[] args) {
        AtomicDemo ad = new AtomicDemo();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ad).start();
        }
    }

}

class AtomicDemo implements Runnable{

//    private volatile int serialNumber = 0;

    private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);

    @Override
    public void run() {

        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        System.out.println(getSerialNumber());
    }

    public int getSerialNumber(){
        return serialNumber.getAndIncrement();
    }
}

模拟CAS算法

/*
 * 模拟 CAS 算法
 */
public class TestCompareAndSwap {

    public static void main(String[] args) {
        final CompareAndSwap cas = new CompareAndSwap();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    int expectedValue = cas.get();
                    boolean b = cas.compareAndSet(expectedValue, (int)(Math.random() * 101));
                    System.out.println(b);
                }
            }).start();
        }

    }

}

class CompareAndSwap{
    private int value;

    //获取内存值
    public synchronized int get(){
        return value;
    }

    //比较
    public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue){
        int oldValue = value;

        if(oldValue == expectedValue){
            this.value = newValue;
        }

        return oldValue;
    }

    //设置
    public synchronized boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue){
        return expectedValue == compareAndSwap(expectedValue, newValue);
    }
}

CAS算法的缺点

• 循环时间长开销很大：

  我们可以看到getAndAddInt方法执行时，如果CAS失败，会一直进行尝试。如果CAS长时间一直不成功，可能会给CPU带来很大的开销。

• 只能保证一个共享变量的原子操作：

  当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁来保证原子性。

• ABA问题

  如果在这段期间它的值曾经被改成了B，后来又被改回为A，那CAS操作就会误认为它从来没有被改变过。这个漏洞称为CAS操作的“ABA”问题。Java并发包为了解决这个问题，提供了一个带有标记的原子引用类“AtomicStampedReference”，它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。因此，在使用CAS前要考虑清楚“ABA”问题是否会影响程序并发的正确性，如果需要解决ABA问题，改用传统的互斥同步可能会比原子类更高效
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