JUC基础（二）：原子变量 CAS算法

1 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：

　　需要读写的内存值 V

　　进行比较的值 A

　　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

2 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

package com.atguigu.juc;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/*
 * 一、i++ 的原子性问题：i++ 的操作实际上分为三个步骤“读-改-写”
 *           int i = 10;
 *           i = i++; //10
 * 
 *           int temp = i;
 *           i = i + 1;
 *           i = temp;
 * 
 * 二、原子变量：在 java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子变量。
 *         1. volatile 保证内存可见性
 *         2. CAS（Compare-And-Swap） 算法保证数据变量的原子性
 *             CAS 算法是硬件对于并发操作的支持
 *             CAS 包含了三个操作数：
 *             ①内存值  V
 *             ②预估值  A
 *             ③更新值  B
 *             当且仅当 V == A 时， V = B; 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();
    }
    
    
}

package com.atguigu.juc;

/*
 * 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);
    }
}