Atomic浅谈

引言

Java从JDK1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包，方便程序员在多线程环境下，无锁（Lock-free）的进行原子操作。原子变量的底层使用了处理器提供的原子指令，但是不同的CPU架构可能提供的原子指令不一样，也有可能需要某种形式的内部锁,所以该方法不能绝对保证线程不被阻塞。

Atomic包介绍

在Atomic包里一共有12个类，四种原子更新方式，分别是原子更新基本类型，原子更新数组，原子更新引用和原子更新字段。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

Atomic包提供了三种基本类型的原子更新，但是Java的基本类型里还有char，float和double等。那么问题来了，如何原子的更新其他的基本类型呢？Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的，让我们一起看下Unsafe的源码，发现Unsafe只提供了三种CAS方法，compareAndSwapObject，compareAndSwapInt和compareAndSwapLong，再看AtomicBoolean源码，发现其是先把Boolean转换成整型，再使用compareAndSwapInt进行CAS，所以原子更新double也可以用类似的思路来实现。

AtomicIntegerArray类需要注意的是，数组value通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份，所以当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行修改时，不会影响到传入的数组。

AtomicReference是原子更新引用类型，引用类内部成员改变在CAS时不算改变

原理介绍

看源码AtomicXXX类, 实际上都需要native方法的支持, native方法则采用CAS算法, CAS算法是一种无锁算法,CAS是CPU支持的指令. 

我们以AtomicInteger源码为例说明：

AtomicInteger在执行++操作的时候首先获取当前的value(volatile类型，获取到的永远是最新的)，执行+1操作，然后通过unsafe的CAS，通过将刚才获取的value和当前内存中value进行比较来确定是否将变量更新，如果前后一样说明没有别的线程改动过可以安全更新（ABA问题除外），如果前后不一样则循环检测（线程自旋，没有阻塞），直到变量更新成功

举例：我们可以通过AtomicInteger实现一个Lock-free的计数器

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(100);
        final AtomicInteger ai = new AtomicInteger(0);
        for(int i=0;i<100;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    ai.incrementAndGet();
                    cdl.countDown();
                }
            }).start();
        }
        cdl.await();
        System.out.println(ai);
    }

返回：100
多线程下操作是安全的