原子变量与CAS算法

原子变量

为了引出原子变量这个概念，我们先看一个例子。

package com.ccfdod.juc;

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 int number = 0;

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + getNumber());
    }
    
    public int getNumber() {
        return number++;
    }
}

程序运行结果如下：

Thread-4 : 2
Thread-0 : 6
Thread-2 : 3
Thread-5 : 5
Thread-7 : 4
Thread-3 : 1
Thread-6 : 2
Thread-1 : 0
Thread-9 : 8
Thread-8 : 7

从程序运行结果可以看出，Thread-4和Thread-6执行结果都为2，明显发生了线程安全问题，当然，这种情况是偶然的。那么，出现这种问题的原因是什么呢？

如果你对j = i++;底层是如果实现的，那么这个问题就好理解了。j = i++;底层实现为：

int temp = i;
 i = i + 1;
 j = temp;

那么很明显，Thread-4（或Thread-6）在执行改操作加1之前，Thread-6（或Thead-4）读到了相同的值。然后都进行加1操作，再打印出来。

对于这类问题，我们可以使用原子变量来解决。在jdk1.5后，java.util.concurrent.atomic包中提供了常用的原子变量。原子变量有一下特性：

• 底层代码使用volatile修饰，保证内存可见性
• CAS（Compare-And-Swap）算法保证数据的原子性

CAS算法

CAS算法是硬件对于并发操作共享数据的支持，CAS包含了三个操作数：

• 内存值V
• 预估值A
• 更新值B

并且，当且仅当V==A时，V=B，否则，将不做任何操作。

在了解了原子变量后，我们使用原子变量修改程序：

class AtomicDemo implements Runnable {
//    private int number = 0;
    private AtomicInteger number = new AtomicInteger();

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + getNumber());
    }
    
    public int getNumber() {
//        return number++;
        return number.getAndIncrement();
    }
}