Atomic基本數據類型源碼學習

1.Atomic基本數據類型源碼學習

1.1.基本介紹

// Integer類型（原子性）
public class AtomicInteger extends Number implements Serializable {
.......
}

在併發編程中很容易出現併發安全的問題，有一個很簡單的例子就是多線程更新變量i=1,比如多個線程執行i++操作，就有可能獲取不到正確的值，而這個問題，最常用的方法是通過Synchronized進行控制來達到線程安全的目的（關於synchronized可以看這篇文章）。但是由於synchronized是採用的是悲觀鎖策略，並不是特別高效的一種解決方案。實際上，在J.U.C下的atomic包提供了一系列的操作簡單，性能高效，並能保證線程安全的類去更新基本類型變量，數組元素，引用類型以及更新對象中的字段類型。atomic包下的這些類都是採用的是樂觀鎖策略去原子更新數據，在java中則是使用CAS操作具體實現。

1.2.原子更新基本類型

Atomic包提高原子更新基本類型的工具類，主要有這些：

1. AtomicBoolean：以原子更新的方式更新boolean；
2. AtomicInteger：以原子更新的方式更新Integer;
3. AtomicLong：以原子更新的方式更新Long；

這幾個類的用法基本一致，這裏以AtomicInteger爲例總結常用的方法

1. addAndGet(int delta) ：以原子方式將輸入的數值與實例中原本的值相加，並返回最後的結果；
2. incrementAndGet() ：以原子的方式將實例中的原值進行加1操作，並返回最終相加後的結果；
3. getAndSet(int newValue)：將實例中的值更新爲新值，並返回舊值；
4. getAndIncrement()：以原子的方式將實例中的原值加1，返回的是自增前的舊值；

還有一些方法，可以查看API，不再贅述。

2.怎麼使用

爲了能夠弄懂AtomicInteger的實現原理，以getAndIncrement方法爲例，來看下源碼：

// This class intended to be implemented using VarHandles, but there are unresolved cyclic startup dependencies.

private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();

public final int getAndIncrement() {
return U.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

可以看出，該方法實際上是調用了unsafe實例的getAndAddInt方法，unsafe實例的獲取時通過UnSafe類的靜態方法getUnsafe獲取：

private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();

Unsafe類在sun.misc包下，Unsafer類提供了一些底層操作，atomic包下的原子操作類的也主要是通過Unsafe類提供的compareAndSwapInt，compareAndSwapLong等一系列提供CAS操作的方法來進行實現。下面用一個簡單的例子來說明AtomicInteger的用法：

/**
* Atomic基本數據類型
* @author fengzhiqiang
* @date-time 2020/6/16 16:51
**/
public class AtomicTest {

private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);

public static void main(String[] args) {
System.out.println(atomicInteger.getAndIncrement());
System.out.println(atomicInteger.get());
}
}
輸出結果：
1
2

例子很簡單，就是新建了一個atomicInteger對象，而atomicInteger的構造方法也就是傳入一個基本類型數據即可，對其進行了封裝。對基本變量的操作比如自增，自減，相加，更新等操作，atomicInteger也提供了相應的方法進行這些操作。但是，因爲atomicInteger藉助了UnSafe提供的CAS操作能夠保證數據更新的時候是線程安全的，並且由於CAS是採用樂觀鎖策略，因此，這種數據更新的方法也具有高效性。

AtomicLong的實現原理和AtomicInteger一致，只不過一個針對的是long變量，一個針對的是int變量。

而boolean變量的更新類AtomicBoolean類是怎樣實現更新的呢?

核心方法是compareAndSet方法，其源碼如下：

// 之前是這樣寫的

public final boolean compareAndSet(boolean expect, boolean update) {
int e = expect ? 1 : 0;
int u = update ? 1 : 0;
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, e, u);
}

// jdk8優化三元運算符了

// 如果當前值爲expectedValue，則將其原子地更新爲newValue，返回值表示是否更新成功
public final boolean compareAndSet(boolean expectedValue, boolean newValue) {
return VALUE.compareAndSet(this, (expectedValue ? 1 : 0), (newValue ? 1 : 0));
}

可以看出，compareAndSet方法的實際上也是先轉換成0,1的整型變量，然後是通過針對int型變量的原子更新方法compareAndSwapInt來實現的。可以看出atomic包中只提供了對boolean,int ,long這三種基本類型的原子更新的方法，參考對boolean更新的方式，原子更新char,doule,float也可以採用類似的思路進行實現。

3.參考

非常感謝康建偉分享的jdk源碼筆記

https://github.com/kangjianwei/LearningJDK