java并发编程学习: 原子变量（CAS）

先上一段代码：

package test;

public class Program {

    public static int i = 0;

    private static class Next extends Thread {

        public void run() {
            i = i + 1;
            System.out.println(i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Next());
            threads[i].start();
        }
    }
}

代码很简单，10个线程，1个共享变量，每个线程在run的时候，将变量+1，反复运行多次，可能会输出类似下面的结果：

1
4
3
6
2
5
7
8
9
9

最后输出了2个9，显然有2个线程打架了，原因：

i = i + 1，虽然只有一行代码，但在计算机内部执行时，至少会拆成3条指令

a) 读取 i 的值，将其复制到本地的(副本)变量中

b) 将本地变量值+1

c) 将本地变量的值，覆盖到 i 上

假如有2个线程先后到达步骤a)，但尚未完成步骤b)，这时就出问题了，会生成相同的值。要解决这个问题，当然可以通过加锁(或synchronized)，类似下面这样，代价是牺牲性能。

    private static class Next extends Thread {

        public void run() {
            synchronized (this) {
                i = i + 1;
            }
            System.out.println(i);
        }
    }

jdk的并发包里提供了很多原子变量，可以在"不加锁"(注：OS底层其实还是有锁的，只不过相对java里的synchronized性能要好很多)的情况下解决这个问题，参考下面的用法：

package test;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Program {

    public static AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);

    private static class Next extends Thread {

        public void run() {
            int x = i.incrementAndGet();
            System.out.println(x);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Next());
            threads[i].start();
        }
    }
}

　　

实现原理，可以从源码略知一二：

    public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

1、最外层是一个死循环

2、先获取旧值，将其复制到一个局部变量上

3、将局部变量值+1

4、比较旧值是否变化，如果没变化，说明没有其它线程对旧值修改，直接将新值覆盖到旧值，并返回新值，退出循环

5、如果旧值被修改了，开始下一轮循环，重复刚才这一系列操作，直到退出循环。

 

所以，第4步的compareAndSet其实是关键，继续看源码：

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

最终看到的是一个native方法（说明依赖不同OS的原生实现）

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

再往下跟，就得有点c++/c/汇编功底了，有兴趣的可自己研究下参考文章中的第2个链接文章

 

参考文章：

http://ifeve.com/concurrent-collections-8/

http://www.blogjava.net/mstar/archive/2013/04/24/398351.html

http://ifeve.com/13840/