原子类Atomic

前言

非阻塞算法：如果在某种算法中，一个线程的失败或挂起不会导致其他线程也失败或挂起，那么这种算法就被称为非阻塞算法。如果在算法的每个步骤中都存在某个线程执行下去，那么这种算法也被称为无锁(Lock_Free)算法。

原子变量类是Java为支持非阻塞算法而提供的对象。原子变量比锁的粒度更细，并发性能更好，通常在并发场景下进行变量的复合操作时使用，如：i++、if..get等

相关原子类Atomic

• 基本数据类：AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong
• 引用对象类：AtomicReference
• 数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
• 属性更新类：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
• 解决ABA问题的类：AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference

比较并替换CAS（Compare-and-Swap）

• 说明：CAS包含了3个操作数：需要读写的内存位置V，进行比较的值A、待更新的值B，当且仅当V的值等于A时，通过原子方式更新V的值为B；当多个线程使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中的一个线程能更新成功，其他线程都将失败，失败的线程不会阻塞。
• 应用场景：Java提供的原子变量类中的复合操作底层均通过CAS技术实现原子操作。
• 源码分析（以AtomicInteger#getAndIncrement()为例）

//i++的原子操作
public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
 
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        //获取内存中共享变量var1的值
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        //执行底层CAS操作：var1内存位置，var2本地缓存的值，var5共享内存中的值，当且仅当var2=var5时，var1的值更新为var5+var4
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
 
    return var5;
}

ABA问题

• 问题描述：ABA问题是一种异常现象——如果在算法中的节点可以被循环使用，那么在使用CAS时就可能出现这个问题。如线程1和2同时将变量X的值由A更新为B，线程1先将变量X的值由A改为C再改为A，此时线程2执行CAS更新变量X的值，发现变量X的值是没有变化的，但实际变量X的值已经发生过变化。
• 解决方案：引入一个变量——版本号，更新时需更新变量的值和版本号。如原子变量类AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference。