死磕 java原子类之终结篇

内容导读

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内容图文

　　概览
　　
　　原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作，这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何线程上下文切换。
　　
　　原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序不可以被打乱，也不可以被切割而只执行其中的一部分，将整个操作视作一个整体是原子性的核心特征。
　　
　　在java中提供了很多原子类，笔者在此主要把这些原子类分成四大类。
　　
　　atomic
　　
　　原子更新基本类型或引用类型
　　
　　如果是基本类型，则替换其值，如果是引用，则替换其引用地址，这些类主要有：
　　
　　（1）AtomicBoolean
　　
　　原子更新布尔类型，内部使用int类型的value存储1和0表示true和false，底层也是对int类型的原子操作。
　　
　　（2）AtomicInteger
　　
　　原子更新int类型。
　　
　　（3）AtomicLong
　　
　　原子更新long类型。
　　
　　（4）AtomicReference
　　
　　原子更新引用类型，通过泛型指定要操作的类。
　　
　　（5）AtomicMarkableReference
　　
　　原子更新引用类型，内部使用Pair承载引用对象及是否被更新过的标记，避免了ABA问题。
　　
　　（6）AtomicStampedReference
　　
　　原子更新引用类型，内部使用Pair承载引用对象及更新的邮戳，避免了ABA问题。
　　
　　这几个类的操作基本类似，底层都是调用Unsafe的compareAndSwapXxx()来实现，基本用法如下：
　　
　　private static void testAtomicReference() {
　　
　　AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
　　
　　atomicInteger.incrementAndGet();
　　
　　atomicInteger.getAndIncrement();
　　
　　atomicInteger.compareAndSet(3, 666);
　　
　　System.out.println(atomicInteger.get());
　　
　　AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);
　　
　　atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2, 1, 3);
　　
　　atomicStampedReference.compareAndSet(2, 666, 3, 5);
　　
　　System.out.println(atomicStampedReference.getReference());
　　
　　System.out.println(atomicStampedReference.getStamp());
　　
　　}
　　
　　原子更新数组中的元素
　　
　　原子更新数组中的元素，可以更新数组中指定索引位置的元素，这些类主要有：
　　
　　（1）AtomicIntegerArray
　　
　　原子更新int数组中的元素。
　　
　　（2）AtomicLongArray
　　
　　原子更新long数组中的元素。
　　
　　（3）AtomicReferenceArray
　　
　　原子更新Object数组中的元素。
　　
　　这几个类的操作基本类似，更新元素时都要指定在数组中的索引位置，基本用法如下：
　　
　　private static void testAtomicReferenceArray() {
　　
　　AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(10);
　　
　　atomicIntegerArray.getAndIncrement(0);
　　
　　atomicIntegerArray.getAndAdd(1, 666);
　　
　　atomicIntegerArray.incrementAndGet(2);
　　
　　atomicIntegerArray.addAndGet(3, 666);
　　
　　atomicIntegerArray.compareAndSet(4, 0, 666);
　　
　　System.out.println(atomicIntegerArray.get(0));
　　
　　System.out.println(atomicIntegerArray.get(1));
　　
　　System.out.println(atomicIntegerArray.get(2));
　　
　　System.out.println(atomicIntegerArray.get(3));
　　
　　System.out.println(atomicIntegerArray.get(4));
　　
　　System.out.println(atomicIntegerArray.get(5));
　　
　　}
　　
　　原子更新对象中的字段
　　
　　原子更新对象中的字段，可以更新对象中指定字段名称的字段，这些类主要有：
　　
　　（1）AtomicIntegerFieldUpdater
　　
　　原子更新对象中的int类型字段。
　　
　　（2）AtomicLongFieldUpdater
　　
　　原子更新对象中的long类型字段。
　　
　　（3）AtomicReferenceFieldUpdater
　　
　　原子更新对象中的引用类型字段。
　　
　　这几个类的操作基本类似，都需要传入要更新的字段名称，基本用法如下：
　　
　　private static void testAtomicReferenceField() {
　　
　　AtomicReferenceFieldUpdater<User, String> updateName = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(User.class, String.class,"name");
　　
　　AtomicIntegerFieldUpdater<User> updateAge = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(www.hnxinhe.cn User.class, "age");
　　
　　User user = new User("tong ge", 21);
　　
　　updateName.compareAndSet( www.yunyouguoj.com/ user, "tong ge", "read source code");
　　
　　updateAge.compareAndSet(www.chenghgongs.com user, 21, 25);
　　
　　updateAge.incrementAndGet(user);
　　
　　System.out.println(user);
　　
　　}
　　
　　private static class User {
　　
　　volatile String name;
　　
　　volatile int age;
　　
　　public User(String name, int age) {
　　
　　this.name = name;
　　
　　this.age = age;
　　
　　}
　　
　　@Override
　　
　　public String toString() {
　　
　　return "name: " + name + "www.yunyouuyL.com , age: " + age;
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　高性能原子类
　　
　　高性能原子类，是java8中增加的原子类，它们使用分段的思想，把不同的线程hash到不同的段上去更新，最后再把这些段的值相加得到最终的值，这些类主要有：
　　
　　（1）Striped64
　　
　　下面四个类的父类。
　　
　　（2）LongAccumulator
　　
　　long类型的聚合器，需要传入一个long类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。
　　
　　（3）LongAdder
　　
　　long类型的累加器，LongAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。
　　
　　（4）DoubleAccumulator
　　
　　double类型的聚合器，需要传入一个double类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。
　　
　　（5）DoubleAdder
　　
　　double类型的累加器，DoubleAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。
　　
　　这几个类的操作基本类似，其中DoubleAccumulator和DoubleAdder底层其实也是用long来实现的，基本用法如下：
　　
　　private static void testNewAtomic() {
　　
　　LongAdder longAdder = new LongAdder();
　　
　　longAdder.increment();
　　
　　longAdder.add(666);
　　
　　System.out.println(longAdder.sum(www.dell-case.com));
　　
　　LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator((left, right)->left + right * 2, 666);
　　
　　longAccumulator.accumulate(www.baihuiyulegw.com );
　　
　　longAccumulator.accumulate(3);
　　
　　longAccumulator.accumulate(-4);
　　
　　System.out.println(longAccumulator.get());
　　
　　}
　　
　　问题
　　
　　关于原子类的问题，笔者整理了大概有以下这些：
　　
　　（1）Unsafe是什么？
　　
　　（3）Unsafe为什么是不安全的？
　　
　　（4）Unsafe的实例怎么获取？
　　
　　（5）Unsafe的CAS操作？
　　
　　（6）Unsafe的阻塞/唤醒操作？
　　
　　（7）Unsafe实例化一个类？
　　
　　（8）实例化类的六种方式？
　　
　　（9）原子操作是什么？
　　
　　（10）原子操作与数据库ACID中A的关系？
　　
　　（11）AtomicInteger怎么实现原子操作的？
　　
　　（12）AtomicInteger主要解决了什么问题？
　　
　　（13）AtomicInteger有哪些缺点？
　　
　　（14）ABA是什么？
　　
　　（15）ABA的危害？
　　
　　（16）ABA的解决方法？
　　
　　（17）AtomicStampedReference是怎么解决ABA的？
　　
　　（18）实际工作中遇到过ABA问题吗？
　　
　　（19）CPU的缓存架构是怎样的？
　　
　　（20）CPU的缓存行是什么？
　　
　　（21）内存屏障又是什么？
　　
　　（22）伪共享是什么原因导致的？
　　
　　（23）怎么避免伪共享？
　　
　　（24）消除伪共享在java中的应用？
　　
　　（25）LongAdder的实现方式？
　　
　　（26）LongAdder是怎么消除伪共享的？
　　
　　（27）LongAdder与AtomicLong的性能对比？
　　
　　（28）LongAdder中的cells数组是无限扩容的吗？
　　
　　关于原子类的问题差不多就这么多，都能回答上来吗？点击下面的链接可以直接到相应的章节查看：
　　
　　死磕 java魔法类之Unsafe解析
　　
　　死磕 java原子类之AtomicInteger源码分析
　　
　　死磕 java原子类之AtomicStampedReference源码分析
　　
　　杂谈 什么是伪共享（false sharing）？
　　
　　死磕 java原子类之LongAdder源码分析
　　
　　彩蛋
　　
　　原子类系列源码分析到此就结束了，虽然分析的类比较少，但是牵涉的内容非常多，特别是操作系统底层的知识，比如CPU指令、CPU缓存架构、内存屏障等。
　　
　　下一章，我们将进入“同步系列”，同步最常见的就是各种锁了，这里会着重分析java中的各种锁、各种同步器以及分布式锁相关的内容。

内容总结

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内容备注

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