Java併發包中主要基於兩個基礎來構建的，一個是鎖，一個是CAS操作。
- 原子變量提供了與volatile類型變量相同的內存語義，此外還支持原子性操作。從JDK1.5開始，提供了java.util.concurrent.atomic包，這個包中的原子操作提供了一種用法簡單，性能高效，線程安全的更新一個變量的方式。原子類採用非阻塞算法CAS實現
- 非阻塞算法可以使多個線程在競爭相同的數據時不會發生阻塞。獨佔鎖可以看做是一種悲觀鎖，它假設只要有線程進入就會導致錯誤，因此只在確保無其它線程進入的時候才進行操作；非阻塞算法，則只關心結果，如果結果錯誤了，那麼重新再來，對於錯誤選擇原諒，而不是想進辦法防止其它線程進入，使用非阻塞算法無需關心其它線程。
Java中對非阻塞算法的支持是java.util.concurrent.atomic包中的原子類。
原子類劃分
基本類型：AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong
數組： AtomicIntegerArray,AtomicLongArray,AtomicRefernceArray
引用類型：AtomicReference, AtomicReferenceFieldUpdater,AtomicMarkableReference
字段類：AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicLongFieldUpdater,AtomicStampedReference
CAS算法
原子類的操作本質上都是CAS算法的實現。
CAS算法過程：
CAS包含了3個操作數，需要讀寫的內存位置V，進行比較的值E(exists)，和要寫入的值N(new)。
當且僅當V的值等於E的值的時候，才會把V的值設置成N。最後CAS返回V的真實值。
原子類案例
原子類是一種更好的volatile變量，之前我們保證同步的措施是使用加鎖的機制，無需加鎖，也可以做到。
原子類的核心API實現
基本上所有原子類都有這些API，它們的操作也都是利用這些API實現的。而這些API又都是利用Unsafe類來實現的。
如果我們直接實例化Unsafe類，系統會報SecurityException異常，平時開發中也不建議使用Unsafe類來做各種操作，但是有關Unsafe類的一些用法可以瞭解下。
Unsafe類可以直接操作內存層面上的數據。
compareAndSet(V,E,N) //在對象var1變量上，var2為地址，var4期望的值，var5位要設置的新值。 public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);
原子類基本類型案例
// 計數器案例public class IntegerDemo implements Runnable{ static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); static int THREAD_COUNT = 100; @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { // CAS自增語句 count.incrementAndGet(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { IntegerDemo demo = new IntegerDemo(); Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT]; for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) { threads[i] = new Thread(demo); threads[i].start(); } for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) { threads[i].join(); } System.out.println(count.get()); }}//可以看到每次結果都是: 10000這段代碼中重要的是原子類的incrementAndGet方法，看一下內部實現。
public final int incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; } public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) { int var5; // 不斷循環，以確保值正確 do { var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); return var5; } public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); 原子引用類型案例
關於AtomicRefernce的使用
public class ReferenceDemo { private static AtomicReference count = new AtomicReference<>(0); public static void main(String[] args) { count.compareAndSet(0, 2); // 2 count.compareAndSet(0, 1); // no count.compareAndSet(1, 3); // no count.compareAndSet(2, 4); // 4 count.compareAndSet(3, 5); // no System.out.println(count.get()); }}//運行結果得4//通過CAS算法，修改對象成員變量的值// 要求成員變量是非靜態類型變量最好是volatile修飾的public class ReferenceFiledUpdaterDemo { private static AtomicIntegerFieldUpdater updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(ReferenceFiledUpdaterDemo.class, "count"); @Getter public volatile int count = 100; public static void main(String[] args) { ReferenceFiledUpdaterDemo demo = new ReferenceFiledUpdaterDemo(); if (updater.compareAndSet(demo, 100, 120)) { System.out.println(("update success 1 :" + demo.getCount())); } if (updater.compareAndSet(demo, 100, 120)) { System.out.println(("update success 2 :" + demo.getCount())); } else { System.out.println(("update failed :" + demo.getCount())); } }}//運行結果update success :120update failed, {} :120 AtomicReference無法解決ABA問題，所謂ABA問題，對象在某一段時間內被寫入了兩次，首先修改為其它的值，然後又修改回原來的值，而另外一個線程再去讀的時候值並沒有變化，如何知道對象是否被修改過呢？
JDK中引入了AtomicStampedReference，它維護了一個時間戳，更新數據的時候還要更新時間戳，當對象值，及時間戳都滿足期望值的時候才能寫入成功。
原子類數組案例
AtomicArray的核心API
public class AtomicArrayDemo { static AtomicIntegerArray arr = new AtomicIntegerArray(10); public static class SubThread implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 1000; i++) { arr.getAndDecrement( i % arr.length() ); } } } public static void main(String[] args) { Runnable demo = new SubThread(); ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10); for (int i = 0; i < 10; i++) { service.submit(demo); } service.shutdown(); System.out.println(arr); }}//運行結果[-1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000, -1000]三種原子性機制對比
最後
這次主要對原子類相關的內容做了簡單的說明，需要明白原子類的用法以及Unsafe類的一些事項。
參考
- Java Magic. Part 4: sun.misc.Unsafe
- 《Java併發編程實戰》
- 《Java高併發程序設計》
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