盘点Java中基于CAS实现的原子类

JDK中提供了一系列的基于CAS实现的原子类，CAS 的全称是Compare-And-Swap​，底层是lock cmpxchg指令，可以在单核和多核 CPU 下都能够保证比较交换的原子性。所以说，这些原子类都是线程安全的，而且是无锁并发，线程不会频繁上下文切换，所以在某些场景下性能是优于加锁。,本文就盘点一下JDK中的原子类，方便我们后续拿来使用。,,这边以AtomicInteger讲解下它的API和用法。,使用：,,原理分析：,整体实现思路： 自旋（循环） + CAS算法,valueOffset：偏移量表示该变量值相对于当前对象地址的偏移，Unsafe 就是根据内存偏移地址获取数据,,从主内存中拷贝到工作内存中的值（每次都要从主内存拿到最新的值到本地内存），然后执行compareAndSwapInt()再和主内存的值进行比较，假设方法返回 false，那么就一直执行 while 方法，直到期望的值和真实值一样，修改数据。,,原子类AtomicInteger的value​属性是volatile类型，保证了多线程之间的内存可见性，避免线程从工作缓存中获取失效的变量。,原子引用主要是对对象的原子操作，原子引用类分为AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference。它们之间有什么区别呢？,普通的原子类对象,调用compareAndSet()方法进行比较替换对象,但是如果使用AtomicReference类，会有一个ABA问题。什么意思呢？就是一个线程将共享变量从A改成B, 后面又改回A, 这是，另外一个线程就无法感知这个变化过程，就傻傻的比较，就以为没有变化，还是一开始的A，就替换了。 实际的确存在这样只要共享变量发生过变化，就要CAS失败，有什么办法呢？,带版本号的原子类对象,,其实有时候并不关心共享变量修改了几次，而是只要标记下是否发生过更改，是否加个标记即可，所以就有了AtomicMarkableReference类。,,通过调用isMarked()方法查看是否发生变化。,直接上例子,,利用字段更新器，可以针对对象的某个域（Field​）进行原子操作，只能配合 volatile 修饰的字段使用，否则会出现异常。,,原子累加器主要是用来做累加的，相关的类有LongAdder、DoubleAdder、LongAccumulator、DoubleAccumulator。,LongAdder​是jdk1.8中引入的，它的性能要比AtomicLong方式好。,LongAddr​ 类是 LongAccumulator​ 类的一个特例，只是 LongAccumulator​ 提供了更强大的功能，可以自定义累加规则，当accumulatorFunction​ 为 null 时就等价于 LongAddr。,这边做个性能的对比例子。,,主要是由于LongAdder会设置多个累加单元，Therad-0 累加 Cell[0]，而 Thread-1 累加Cell[1]... 最后将结果汇总。这样它们在累加时操作的不同的 Cell 变量，因此减少了 CAS 重试失败，从而提高性能。,本文总结了JDK中提供的各种原子类，包括基础原子类、原子引用类、原子数组类、原子字段更新器和原子累加器等。有时候，使用这些原子类的性能是比加锁要高的，特别是在读多写少的场景下。但是，不知道大家发现没有，所有的原子类操作对于一个共享变量执行操作是原子的，如果对于多个共享变量操作时，循环 CAS 就无法保证操作的原子性，还是老老实实加锁吧。