什麼是原子操作？
“原子操作(atomic operation)是不需要synchronized”，這是多線程編程的老生常談了。所謂原子操作是指不會被線程調度機制打斷的操作；這種操作一旦開始，就一直運行到結束，中間不會有任何 context switch （切換到另一個線程）。
在 java中怎樣實現原子操作？
在多線程變成的時候我們經常會需要多個線程對同一個變量（資源）進行讀寫操作，這要就會引發一個線程是否安全（操作的原子性）的問題，通常纔去的措施是通過synchronized關鍵字來實現，但是在java1.5之後java爲我們提供了一系列的原子操作類來實現原子操作。
java中原子操作的實現原理:
在Java中利用了現代處理器都支持的CAS（compare and swap）的指令，循環這個指令，直到成功爲止。
CAS（compare and swap）：比較並且交換。
java中的原子作類:
- 更新基本類型類：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong
- 更新數組類：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
- 更新引用類型：AtomicReference，AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference
- 原子更新字段類： AtomicReferenceFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicLongFieldUpdater
AtomicInteger的使用:
下面通過一個實例來介紹如何使用AtomicInteger。
在這段代碼中我們初始化了一個大小爲5000的集合，模擬一個Excel導入功能，假設現有5000條數據需要導入，每一條數的插入大概需要耗時50到200毫秒，這其中需要實現原子操作的就是一個索引，我們需要保證每個線程操作這個索引的時候不能有其他線程操作，也就是原子性，下面就採用了java提供的atomicInteger 來實現索引的安全遞減
/**
* @author Jenkin
* @version 1.0
*/
public class TestAtomic {
static final AtomicInteger allItems = new AtomicInteger(4999);
static final int IMPORT_MAX_THREAD_MUM = 500;
public static void main(String[] args){
final List<Integer> upLoadSalaryList = new ArrayList<Integer>();
for(int i=0;i<5000;i++){
upLoadSalaryList.add(i);
}
long b = System.currentTimeMillis();
//定義線程計數器
final CountDownLatch count = new CountDownLatch(IMPORT_MAX_THREAD_MUM);
//定義線程池
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(IMPORT_MAX_THREAD_MUM);
for(int i=0;i<IMPORT_MAX_THREAD_MUM;i++){
fixedThreadPool.execute(() -> {
while(true){
int index= allItems.getAndDecrement();
if(index<0){
break;
}
int i1 = upLoadSalaryList.get(index);
try {
/* do something...*/
int sleepTime = (int)(Math.random()*200);
if(sleepTime<50){
sleepTime = (int)(Math.random()*200);
}
/*let thread sleep 50 - 200 ms to simulate the business code execute*/
Thread.currentThread().sleep(sleepTime);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
count.countDown();
});
}
try {
count.await(15, TimeUnit.SECONDS);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("execute over..."+" cost time ==>"+(System.currentTimeMillis()-b));
fixedThreadPool.shutdown();
}
}
使用原子操作的好處
1、在上面的代碼中我們使用原子操作類代替了以往的synchronized關鍵字，讓我們的代碼變得更簡潔。
2、由於沒有鎖的參與，對原子變量的操作不會引發死鎖。
3、不會忘了在正確的時候獲取鎖和釋放鎖 。
CAS存在的問題
java原子操作類的實現是基於CPU的CAS指令來實現的。
CAS的步驟：拿出期望值===>將期望值與
在使用CAS實現的時候卻會面臨如下幾個問題：
1. ABA問題
什麼是ABA問題？
因爲CAS需要在操作值的時候檢查下值有沒有發生變化，如果沒有發生變化則更新
假設有兩個線程：線程1和線程2，這兩個線程需要執行一個賦值操作，變量X的初始值爲A，在這裏線程1和線程2 拿到的變量X的值。線程1執行了一串操作，將X變爲B，然後又變爲A，然後在線程2 處理的時候發現變量X還是A，沒有發生變化，所有就又對變量X進行了賦值，實際上這個A已經不是原來的那個A了。
解決這個問題的辦法就是使用版本號，在變量前面追加上版本號，每次變量更新的時候把版本號加一，那麼A－B－A 就會變成1A-2B-3A。
從Java1.5開始JDK的atomic包裏提供了一個類AtomicStampedReference來解決ABA問題。這個類的compareAndSet方法作用是首先檢查當前引用是否等於預期引用，並且當前標誌是否等於預期標誌，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該標誌的值設置爲給定的更新值。
2. 開銷問題
自旋CAS如果長時間不成功，會給CPU帶來非常大的執行開銷。如果JVM能支持處理器提供的pause指令那麼效率會有一定的提升，pause指令有兩個作用，第一它可以延遲流水線執行指令（de-pipeline）,使CPU不會消耗過多的執行資源，延遲的時間取決於具體實現的版本，在一些處理器上延遲時間是零。第二它可以避免在退出循環的時候因內存順序衝突（memory order violation）而引起CPU流水線被清空（CPU pipeline flush），從而提高CPU的執行效率。
3. 只能保證一個共享變量的原子操作
當對一個共享變量執行操作時，我們可以使用循環CAS的方式來保證原子操作，但是對多個共享變量操作時，循環CAS就無法保證操作的原子性，這個時候就可以用鎖，或者有一個取巧的辦法，就是把多個共享變量合併成一個共享變量來操作。比如有兩個共享變量i＝2,j=a，合併一下ij=2a，然後用CAS來操作ij。從Java1.5開始JDK提供了AtomicReference類來保證引用對象之間的原子性，你可以把多個變量放在一個對象裏來進行CAS操作。
關於CAS這部分問題參考文章：https://www.cnblogs.com/kisty/p/5408264.html
實現AtomicInteger的遞增方法的自旋CAS
class MyAtomicInt{
private static AtomicInteger ato= new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args){
MyAtomicInt myAtomicInt = new MyAtomicInt();
System.out.println(myAtomicInt.getVal());
myAtomicInt.increment() ;
System.out.println(myAtomicInt.getVal());
}
public void increment(){
int val = ato.get();
while(!ato.compareAndSet(val,val+1)){
}
}
public int getVal(){
return ato.get();
}
}