JUC包下的原子類的實現方法

2021-10-23 06:45:44 字數 2077 閱讀 3017

class accountsafe implements account 

@override

public integer getbalance(

) @override

public void withdraw(integer amount)

} // 可以簡化為下面的方法

// balance.addandget(-1 * amount);}

}

前面看到的 atomicinteger 的解決方法,內部並沒有用鎖來保護共享變數的執行緒安全。那麼它是如何實現的呢?

public void withdraw(integer amount)}}

}

其中的關鍵是 compareandset,它的簡稱就是 cas (也有 compare and swap 的說法),它必須是原子操作。

其實 cas 的底層是 lock cmpxchg 指令(x86 架構),在單核 cpu 和多核 cpu 下都能夠保證【比較-交換】的原子性。

在多核狀態下,某個核執行到帶 lock 的指令時,cpu 會讓匯流排鎖住,當這個核把此指令執行完畢,再開啟匯流排。這個過程中不會被執行緒的排程機制所打斷,保證了多個執行緒對記憶體操作的準確性,是原子的。

volatile

獲取共享變數時,為了保證該變數的可見性,需要使用 volatile 修飾。

它可以用來修飾成員變數和靜態成員變數,他可以避免執行緒從自己的工作快取中查詢變數的值,必須到主存中獲取它的值,執行緒操作 volatile 變數都是直接操作主存。即乙個執行緒對 volatile 變數的修改,對另乙個執行緒可見。

注意volatile 僅僅保證了共享變數的可見性,讓其它執行緒能夠看到最新值,但不能解決指令交錯問題(不能保證原子性)

cas 必須借助 volatile 才能讀取到共享變數的最新值來實現【比較並交換】的效果

為什麼無鎖效率高

無鎖情況下,即使重試失敗,執行緒始終在高速執行,沒有停歇,在synchronized 會讓執行緒在沒有獲得鎖的時候,發生上下文切換,進入阻塞。打個比喻執行緒就好像高速跑道上的賽車,高速執行時,速度超快,一旦發生上下文切換,就好比賽車要減速、熄火,等被喚醒又得重新打火、啟動、加速… 恢復到高速執行,代價比較大。

但無鎖情況下,因為執行緒要保持執行,需要額外 cpu 的支援,cpu 在這裡就好比高速跑道,沒有額外的跑道,執行緒想高速執行也無從談起,雖然不會進入阻塞,但由於沒有分到時間片,仍然會進入可執行狀態,還是會導致上下文切換。

cas 的特點

結合 cas 和 volatile 可以實現無鎖併發,適用於執行緒數少、多核 cpu 的場景下。

cas 是基於樂觀鎖的思想:最樂觀的估計,不怕別的執行緒來修改共享變數,就算改了也沒關係,我吃虧點再重試唄。

synchronized 是基於悲觀鎖的思想:最悲觀的估計,得防著其它執行緒來修改共享變數,我上了鎖你們都別想改,我改完了解開鎖,你們才有機會。

cas 體現的是無鎖併發、無阻塞併發,請仔細體會這兩句話的意思

因為沒有使用 synchronized,所以執行緒不會陷入阻塞,這是效率提公升的因素之一

但如果競爭激烈,可以想到重試必然頻繁發生,反而效率會受影響

atomicreference

atomicmarkablereference

atomicstampedreference

aba 問題及解決

主線程僅能判斷出共享變數的值與最初值 a 是否相同,不能感知到這種從 a 改為 b 又 改回 a 的情況,如果主線程希望:

只要有其它執行緒【動過了】共享變數,那麼自己的 cas 就算失敗,這時,僅比較值是不夠的,需要再加乙個版本號

atomicstampedreference

unsafe

unsafe 物件提供了非常底層的,操作記憶體、執行緒的方法,unsafe 物件不能直接呼叫,只能通過反射獲得

JUC中的原子類總結

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