java线程:Atomic(原子)

、何谓Atomic?

 Atomic一词跟原子有点关系,后者曾被人认为是最小物质的单位。计算机中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思。如果一段代码被认为是Atomic,则表示这段代码在执行过程中,是不能被中断的。通常来说,原子指令由硬件提供,供软件来实现原子方法(某个线程进入该方法后,就不会被中断,直到其执行完成)

 

 在x86 平台上,CPU提供了在指令执行期间对总线加锁的手段。CPU芯片上有一条引线#HLOCK pin,如果汇编语言的程序中在一条指令前面加上前缀"LOCK",经过汇编以后的机器代码就使CPU在执行这条指令的时候把#HLOCK pin的电位拉低,持续到这条指令结束时放开,从而把总线锁住,这样同一总线上别的CPU就暂时不能通过总线访问内存了,保证了这条指令在多处理器环境中的原子性。

 

二、JDK1.5的原子包:java.util.concurrent.atomic

这个包里面提供了一组原子类。其基本的特性就是在多线程环境下,当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时,具有排他性,即当某个线程进入方法,执行其中的指令时,不会被其他线程打断,而别的线程就像自旋锁一样,一直等到该方法执行完成,才由JVM从等待队列中选择一个另一个线程进入,这只是一种逻辑上的理解。实际上是借助硬件的相关指令来实现的,不会阻塞线程(或者说只是在硬件级别上阻塞了)。其中的类可以分成4组

  • AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference
  • AtomicIntegerArray,AtomicLongArray
  • AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicReferenceFieldUpdater
  • AtomicMarkableReference,AtomicStampedReference,AtomicReferenceArray

Atomic类的作用

  • 使得让对单一数据的操作,实现了原子化
  • 使用Atomic类构建复杂的,无需阻塞的代码
    • 访问对2个或2个以上的atomic变量(或者对单个atomic变量进行2次或2次以上的操作)通常认为是需要同步的,以达到让这些操作能被作为一个原子单元。

2.1 AtomicBoolean , AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference

这四种基本类型用来处理布尔,整数,长整数,对象四种数据。

  • 构造函数(两个构造函数)
    • 默认的构造函数:初始化的数据分别是false,0,0,null
    • 带参构造函数:参数为初始化的数据
  • set( )和get( )方法:可以原子地设定和获取atomic的数据。类似于volatile,保证数据会在主存中设置或读取
  • getAndSet( )方法
    • 原子的将变量设定为新数据,同时返回先前的旧数据
    • 其本质是get( )操作,然后做set( )操作。尽管这2个操作都是atomic,但是他们合并在一起的时候,就不是atomic。在Java的源程序的级别上,如果不依赖synchronized的机制来完成这个工作,是不可能的。只有依靠native方法才可以。
  • compareAndSet( ) 和weakCompareAndSet( )方法
    • 这两个方法都是conditional modifier方法。这2个方法接受2个参数,一个是期望数据(expected),一个是新数据(new);如果atomic里面的数据和期望数据一致,则将新数据设定给atomic的数据,返回true,表明成功;否则就不设定,并返回false。
  • 对于AtomicInteger、AtomicLong还提供了一些特别的方法。getAndIncrement( )、incrementAndGet( )、getAndDecrement( )、decrementAndGet ( )、addAndGet( )、getAndAdd( )以实现一些加法,减法原子操作。(注意 --i、++i不是原子操作,其中包含有3个操作步骤:第一步,读取i;第二步,加1或减1;第三步:写回内存)

2.1.1 1个例子-使用AtomicReference创建线程安全的堆栈

 

Java代码  收藏代码
  1. public class LinkedStack<T> {  
  2.   
  3.     private AtomicReference<Node<T>> stacks = new AtomicReference<Node<T>>();  
  4.   
  5.     public T push(T e) {  
  6.         Node<T> oldNode, newNode;  
  7.         while (true) { //这里的处理非常的特别,也是必须如此的。  
  8.             oldNode = stacks.get();  
  9.             newNode = new Node<T>(e, oldNode);  
  10.             if (stacks.compareAndSet(oldNode, newNode)) {  
  11.                 return e;  
  12.             }  
  13.         }  
  14.     }  
  15.       
  16.     public T pop() {  
  17.         Node<T> oldNode, newNode;  
  18.         while (true) {  
  19.             oldNode = stacks.get();  
  20.             newNode = oldNode.next;  
  21.             if (stacks.compareAndSet(oldNode, newNode)) {  
  22.                 return oldNode.object;  
  23.             }  
  24.         }  
  25.     }  
  26.   
  27.     private static final class Node<T> {  
  28.         private T object;  
  29.           
  30.         private Node<T> next;  
  31.   
  32.         private Node(T object, Node<T> next) {  
  33.             this.object = object;  
  34.             this.next = next;  
  35.         }  
  36.     }  
  37. }  
  

2.1.2 几个问题

Q1: compareAndSet和weakCompareAndSet的区别?

A1: 有人认为这是个坑,因为这2个方法其中的内容是一模一样的。疑惑ing(环境JDK1.6.0_20_b02)

 

Q2:volatile boolean和AtomicBoolean的区别?

 

Q3:volatile int和AtomicInteger的区别?

 

Q4:LazySet()和Set()的区别?

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