java并發編程學習13--Atomic數據結構簡介

李增田發布于2019-08-15 13:26 / 1703人閱讀

摘要：介紹中無鎖的線程安全整數，一個提供原子操作的的類。在語言中，和操作并不是線程安全的，在使用的時候，不可避免的會用到關鍵字。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。有個操作數，內存值，舊的預期值，要修改的新值。

【介紹

JAVA 中無鎖的線程安全整數 AtomicInteger，一個提供原子操作的Integer的類。在Java語言中，++i和i++操作并不是線程安全的，在使用的時候，不可避免的會用到synchronized關鍵字。而AtomicInteger則通過一種線程安全的加減操作接口。AtomicInteger為什么能夠達到多而不亂，處理高并發應付自如呢？這是由硬件提供原子操作指令實現的，這里面用到了一種并發技術：CAS。在非激烈競爭的情況下，開銷更小，速度更快。
Java.util.concurrent中實現的原子操作類包括：

AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicIntegerArray、AtomicLong、AtomicReference、AtomicReferenceArray。

【核心：基于CAS的樂觀鎖實現

1.悲觀鎖與樂觀鎖：

 - 悲觀鎖(Pessimistic Lock), 顧名思義，就是很悲觀，每次去拿數據的時候都認為別人會修改，所以每次在拿數據的時候都會上鎖，這樣別人想拿這個數據就會block直到它拿到鎖。傳統的關系型數據庫里邊就用到了很多這種鎖機制，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，每次去拿數據的時候都認為別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數據，可以使用版本號等機制。樂觀鎖適用于多讀的應用類型，這樣可以提高吞吐量，像數據庫如果提供類似于write_condition機制的其實都是提供的樂觀鎖。

兩種鎖各有優缺點，不可認為一種好于另一種，像樂觀鎖適用于寫比較少的情況下，即沖突真的很少發生的時候，這樣可以省去了鎖的開銷，加大了系統的整個吞吐量。但如果經常產生沖突，上層應用會不斷的進行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是項樂觀鎖技術，當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，并可以再次嘗試。CAS有3個操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值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：
在資源競爭不是很激烈的情況下，偶爾會有同步的情形下，synchronized是很合適的。原因在于，編譯程序通常會盡可能的進行優化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。在資源競爭不激烈的情形下，性能稍微比synchronized差點點。但是當同步非常激烈的時候，synchronized的性能一下子能下降好幾十倍。而ReentrantLock確還能維持常態（1.7后synchronized已經優化，性能差距很小）。

Atomic:
和上面的類似，不激烈情況下，性能比synchronized略遜，而激烈的時候，也能維持常態。激烈的時候，Atomic的性能會優于ReentrantLock一倍左右。但是其有一個缺點，就是只能同步一個值，一段代碼中只能出現一個Atomic的變量，多于一個同步無效。因為他不能在多個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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