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理解對多線程并發資源的保護——從AtomicInteger源代碼出發

longmon / 3011人閱讀

摘要：前言線程中的包里面都是類都是針對多線程下的原子變量，有包括等等多種變量的原子化實現。這也會對理解現實場景中，多線程程序原子化使用某個資源也有更好的理解。

前言

Java線程中的java.util.concurrent.atomic包里面都是類都是針對多線程下的原子變量，有包括AtomicInteger, AtomicBoolean等等多種變量的原子化實現。

本次我們將會解讀AtomicInteger的源碼，對變量的原子化思路進行一個理解。這也會對理解現實場景中，多線程程序原子化使用某個資源也有更好的理解。我們抽取幾個主要的方法進行解讀。

畫個UML

AtomicInteger主要實現了Number接口，這個接口提供的方法都是將原子變量值轉換為其他類型值的接口。

而主要的原子化特性則是通過持有jdk.internal.misc.Unsafe對象實現Proxy模式進行實現。

初始化

兩個靜態變量十分清晰：

U

是調用了jdk.internal.misc.Unsafe對象，協助后面的原子性更新特性。

VALUE

則是使用了objectFieldOffset獲取了對象在JVM內存中的地址。該方法的具體實現則是一個native方法，通過C或C++對JVM內部進行操作。暫時不作細究。
    private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();
    private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");
    private volatile int value;

構造函數
AtomicInteger(int)

將傳入int值，寫入為成員變量，令對象持有該值。

主要API及源碼解讀

int get()

比較直觀的實現，直接返回被聲明為volatile的value。

void set(int)

比較直觀的實現，將輸入值賦值到為volatile的value。

int getAndIncrement()

有效的邏輯，在調用Unsafe對象的下面兩個方法：
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
        int v;
        do {// 循環
            // getIntVolatile是一個native方法:
            // 以內存地址，及Object對象確定獲取內存中的volatile值
            v = getIntVolatile(o, offset);
        } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
        //調用下方的weakCompareAndSetInt方法，直到更新成功則退出循環
        return v;
    }

public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
                                              int expected,
                                              int x) {
        // 調用native方法compareAndSetInt
        // 以對象類型o，內存地址offset，期望值expected，輸入值x
        // 按照對象類型及內存地址獲得期待值，對比后更新為輸入值。
        return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
    }

int getAndDecrement()

類似于getAndIncreement，調用Unsafe，對內存中數值進行操作。
小結及延伸思考

通過回顧針對AtomiInteger的幾個基本方法原子化操作的解讀，我們可以理解為原子操作的幾個要點：

采用volatile類型的特性，直接讀取內存中的值，忽略掉VM中的值。

采用對比的方法，對比對象類型，內存地址，原有值等維度，核對后進行賦值。（具體要檢查native方法的代碼）

Atomic類忽略了值的次序性，盡可能以值的唯一性保證其原子性。

對于數據庫記錄的原子性的解決方案，也有類似的解決方案，多線程占用某個數據庫資源更新時，我們也可以先做讀取，核對值或版本號后再作更新。

對于數據庫相關的原子性保證更新，我們下一篇再聊聊。

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