结论: atomic比volatile靠谱
java.util.concurrent.atomic.Atomic*原子类和volatile关键字是java中两种常见的处理多线程下数据共享读写的机制。二者看似相同,但是在实际应用中有着不小的差别。
volatile关键字是通过本地代码实现的写锁,只保证知有一个线程在写某个数据。JVM为了提高数据存取的速度,允许每个线程在自己独立的数据块,对进程中共享的数据进行私有拷贝。volatile就是保证每次读数据时,读的都是存在共享数据块里的数据,而不是私有拷贝。然而,这种机制在有些情况下并不安全。当两个线程T1,T2同时对volatitle int i;作i++;时,可能出现问题。i++相当于为i=i+1。
T1 LOAD i
T2 LOAD i
T1 STORE i+1
T2 STORE i+1
这里应该执行两次i=i+1,得到i=i+2的,但是结果确实i=i+1。
因此,这边就有了Atomic原子类存在的价值了。Atomic类被设计来解决这个问题。
以AtomicInteger为例,public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable。
它的父类Number没有一个Field,直接继承与Object,方法也只有abstract的int intValue(),long longValue(),float floatValue(),double doubleValue(),和通过intValue()实现的byte byteValue(),short shortValue()。简单的说,除了序列化外啥field都没有都没有。
AtomicInteger有四个field,除了序列化那个无视掉外,还剩三个。
// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;
valueOffset只在这个静态块里被写过,从函数命名上猜测应该是获取这个类中名为value的field到这个object的头指针的偏移(offset)。这边用到了unsafe。
Unsafe是干什么的?sun.misc.Unsafe,未开源。这个名字让我想起了C#里的关键字unsafe。C#为了方便C++程序员转C#,方便使用COM组件,给出了不安全代码unsafe关键字。Java这个Unsafe,能的到一个field距离它Object头的偏移,对Java来说显然是不安全的操作,他给用户直接操作内存的可能。
除了objectFieldOffset(Field)外,这个类中还使用到Unsafe的putOrderedInt(Object,long,int)和compareAndSwapInt(Object,long,int,int)。从方法名和参数看,功能分别为向Object偏移long位置,写入有序整型int,和比较两值是否相同,并填入新值。
这边有篇IBM关于compareAndSwapInt的文档,我写得差不多了才看到,怨念。。。http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp11234/
顺带说一句,调用到compareAndSwapInt的两个方法compareAndSet和weakCompareAndSet的在1.6里源码是一样的,样的,的。。。冗余代码很好玩吗,API上写得各种看不懂。。。
剩下一个field就是private volatile int value了。也用了volatitle,由此可以得出,Atomic类在效率上是低于直接用volatitle,能使用volatitle是,就别用Atomic了。
然后看看AtomicInteger的method吧
从Number父类继承来的那几个可以看作getter函数的value类,清一色的调用了get()方法,然后转了一下类型。
public final int get() {
return value;
}
直接把value扔回去了,可见Atomic类在处理读操作时和volatitle没啥区别。
看上去像setter函数的一共有五个:
public final void set(int newValue) {
value = newValue;
}
public final void lazySet(int newValue) {
unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);
}
public final int getAndSet(int newValue) {
for (;;) {
int current = get();
if (compareAndSet(current, newValue))
return current;
}
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
weakCompareAndSet和compareAndSet实现上没有区别,所以无视掉吧,反正AtomicInteger自己也只用compareAndSet。。。
set(int)和直接用volatitle没啥区别,所以只用set作写差不多就和完全没有用到Atomic类一样,还多调用一次函数。
lazySet(int)调用了Unsafe.putOrderedInt,我们只能猜测是直接给内存把个数字写上去的。这样的话其实。。。我也没觉得有啥区别,就是告诉大家一下,你用Unsafe可以把Java当C++写嘛。。。
getAndSet(int)调用了compareAndSet(int,int),所作的基本就是不停的刷,看看自己改成了没有,改成了救过,没改成继续改。这边要出现两个线程不停对改怎么办。。。
最后一个compareAndSet(int,int)才是实现Atomic类功能的地方。就是比一下预想的和实际的是不是一样,一样就就用新值盖掉他,不一样就返回个false。怎么用呢,看看其他函数就是到了。
对比getAndIncrement()和incrementAndGet()
public final int getAndIncrement() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return current;
}
}
public final int incrementAndGet() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return next;
}
}