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java并發(fā)編程學(xué)習(xí)13--Atomic數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡介

李增田 / 1710人閱讀

摘要：介紹中無鎖的線程安全整數(shù)，一個(gè)提供原子操作的的類。在語言中，和操作并不是線程安全的，在使用的時(shí)候，不可避免的會(huì)用到關(guān)鍵字。而則通過一種線程安全的加減操作接口。就是的意思，比較并操作。有個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值，舊的預(yù)期值，要修改的新值。

【介紹

JAVA 中無鎖的線程安全整數(shù) AtomicInteger，一個(gè)提供原子操作的Integer的類。在Java語言中，++i和i++操作并不是線程安全的，在使用的時(shí)候，不可避免的會(huì)用到synchronized關(guān)鍵字。而AtomicInteger則通過一種線程安全的加減操作接口。AtomicInteger為什么能夠達(dá)到多而不亂，處理高并發(fā)應(yīng)付自如呢？這是由硬件提供原子操作指令實(shí)現(xiàn)的，這里面用到了一種并發(fā)技術(shù)：CAS。在非激烈競(jìng)爭(zhēng)的情況下，開銷更小，速度更快。
Java.util.concurrent中實(shí)現(xiàn)的原子操作類包括：

AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicIntegerArray、AtomicLong、AtomicReference、AtomicReferenceArray。
【核心：基于CAS的樂觀鎖實(shí)現(xiàn)

1.悲觀鎖與樂觀鎖：

 - 悲觀鎖(Pessimistic Lock), 顧名思義，就是很悲觀，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖，這樣別人想拿這個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)block直到它拿到鎖。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫里邊就用到了很多這種鎖機(jī)制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫鎖等，都是在做操作之前先上鎖。
 - 樂觀鎖(Optimistic Lock), 顧名思義，就是很樂觀，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會(huì)修改，所以不會(huì)上鎖，但是在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個(gè)數(shù)據(jù)，可以使用版本號(hào)等機(jī)制。樂觀鎖適用于多讀的應(yīng)用類型，這樣可以提高吞吐量，像數(shù)據(jù)庫如果提供類似于write_condition機(jī)制的其實(shí)都是提供的樂觀鎖。

兩種鎖各有優(yōu)缺點(diǎn)，不可認(rèn)為一種好于另一種，像樂觀鎖適用于寫比較少的情況下，即沖突真的很少發(fā)生的時(shí)候，這樣可以省去了鎖的開銷，加大了系統(tǒng)的整個(gè)吞吐量。但如果經(jīng)常產(chǎn)生沖突，上層應(yīng)用會(huì)不斷的進(jìn)行retry，這樣反倒是降低了性能，所以這種情況下用悲觀鎖就比較合適。

2.CAS:

CAS就是Compare and Swap的意思，比較并操作。很多的cpu直接支持CAS指令。CAS是項(xiàng)樂觀鎖技術(shù)，當(dāng)多個(gè)線程嘗試使用CAS同時(shí)更新同一個(gè)變量時(shí)，只有其中一個(gè)線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會(huì)被掛起，而是被告知這次競(jìng)爭(zhēng)中失敗，并可以再次嘗試。CAS有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值A(chǔ)，要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時(shí)，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做。

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
【與synchronized與ReentrantLock的比較

synchronized：
在資源競(jìng)爭(zhēng)不是很激烈的情況下，偶爾會(huì)有同步的情形下，synchronized是很合適的。原因在于，編譯程序通常會(huì)盡可能的進(jìn)行優(yōu)化synchronize，另外可讀性非常好，不管用沒用過5.0多線程包的程序員都能理解。

ReentrantLock:
ReentrantLock提供了多樣化的同步，比如有時(shí)間限制的同步，可以被Interrupt的同步（synchronized的同步是不能Interrupt的）等。在資源競(jìng)爭(zhēng)不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差點(diǎn)點(diǎn)。但是當(dāng)同步非常激烈的時(shí)候，synchronized的性能一下子能下降好幾十倍。而ReentrantLock確還能維持常態(tài)（1.7后synchronized已經(jīng)優(yōu)化，性能差距很?。?/p>

Atomic:
和上面的類似，不激烈情況下，性能比synchronized略遜，而激烈的時(shí)候，也能維持常態(tài)。激烈的時(shí)候，Atomic的性能會(huì)優(yōu)于ReentrantLock一倍左右。但是其有一個(gè)缺點(diǎn)，就是只能同步一個(gè)值，一段代碼中只能出現(xiàn)一個(gè)Atomic的變量，多于一個(gè)同步無效。因?yàn)樗荒茉诙鄠€(gè)Atomic之間同步。

【例子 
package AtomicData;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Test test = new Test();
        MyThread my = new MyThread(test);
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            Thread t = new Thread(my);
            t.start();
        }
        //等待子線程執(zhí)行完
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println(test.number);
    }

    AtomicInteger number = new AtomicInteger(0);
    protected void update() {
        number.getAndAdd(1);
    }
}
class MyThread implements Runnable {

    Test t;

    public MyThread(Test t){
        this.t =t;
    }

    @Override
    public void run() {
        t.update();
    }
}

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