Java并发之原子变量及CAS算法-上篇

Java并发之原子变量及CAS算法-上篇

 

概述

本文主要讲在Java并发编程的时候，如果保证变量的原子性，在JDK提供的类中式怎么保证变量原子性的呢？。对应Java中的包是：java.util.concurrent.atomic包下。因为涉及到了CAS算法，需要对CAS算法讲解及CAS算法三个问题怎么解决以及和Synchroized比较。文章比较长，所以就分为上下两个篇幅讲解。本文是上篇《Java并发之原子变量及CAS算法-上篇》

本文是《凯哥分享Java并发编程之J.U.C包讲解》系列教程中的一篇。如果想系统学习，建议从第一篇开始看。

原子变量案例

在Java中有一种写法：int i = 10; i++ 这种写法。

我们先来看看：

 

输入的是0还是1呢 ？

I++输出0的原因分析

答案是：0。为什么呢？凯哥把编译后的class文件反编译，咱们看:

 

说明：i的操作是i++;y的操作是++y.

从反编译后的代码，我们可以看到i++在JVM中的操作，总共分三步：

第一步：声明变量var10000 ,然后将i赋值给var10000，此时var10000的值是0;

第二步：声明变量var3 然后把i+1 赋值给var3,此时，var3的值等于1了;

第三步：将变量var10000的值又赋值给了i,此时因为var10000的值是0，所以i的值也是0

所以在sysout(i)的时候，就输出了0.

我们分析上面1，2，3步骤，可以发现。其实i++执行的是：读取-修改-重写 三个操作。

既然读写操作，就会涉及到变量原子性。测试在多线程下变量原子性

测试多线程下的变量原子性

那么，如果我们把对i的操作放到多个线程中操作结果会是什么样的呢？

线程操作I的代码：

 

开启十个线程同时操作i的代码：

 

我们来看看运行结果：

 

从运行结果中，我们可以看到，线程Thread-5和线程Thread-8的值是一样的。

根据上面运行的场景，我们发现，变量i其实是十个线程中的共享变量。从运行的结果来看，多个线程操作后，结果出问题了。

不同线程在内存中运行模拟图：

 

线程1；线程2；以及主线程之间运行关系，可以详见凯哥上一篇文章：《Java并发之内存可见性问题怎么解决》。这篇文章详细讲解了怎么关系。

已经看过凯哥上一篇文章或者是知道volatile关键字的朋友可能要说，这不就是线程之间变量可见性问题嘛。使用volatile关键字修饰i就可以了。真的可以了吗？

我们修改程序，用volatile来修饰，看看运行结果：

使用volatile关键字是否能解决多线程情况下变量原子性呢？

用volatile来修饰变量：

private volatile int shardData = 0;

运行结果：

 

我们发现，就算使用volatile关键字修饰了，依然存在多线程下变量原子性的问题。

怎么解决这种并发下变量原子性问题呢？

Java的atomic包

在jdk1.5以后，Java为我们提供了一个常用的原子变量。都在：java.util.concureent.atomic包下。我们来看看，都有哪些：

 

 

 

 

从JDK的API文档中(凯哥使用的是JDK1.8的API)我们可以看到常用的原子性变量。

怎么保证原子性呢？

那么，在atomic包下的这些类怎么保证原子性呢？

1：该包下的变量都是使用volatile关键字来修饰。

解决了多线程之间变量可见性。

Int类型的原子性对象AtomicInteger对象中：

 

用于对象的AtomicReference对象中：

 

 

都是使用volat关键字修饰的。

2：使用CAS算法

保持了变量的原子性

总结：

在Java的JDK中提供了concurrent.atomic包，使用这个包下的对象创建的变量就能保证原子性。

保证原子性的策略：

1：变量都是用Volatile关键字修饰。来保证内存可见性

2：使用CAS算法，来保证原子性。

凯哥个人博客：www.kaigejava.com

凯哥公众号：凯哥Java(kaigejava) 

下篇预告：

在下一篇文章中，我们主要讲解CAS算法原理及CAS算法会参数哪些问题(三个问题)？JDK是怎么解决的？修改i++使其成为具有原子性变量怎么实现。