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Java并发之原子变量及CAS算法-上篇

2020-03-14 10:44:21

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Java并发之原子变量及CAS算法-上篇

概述

本文主要讲在Java并发编程的时候,如果保证变量的原子性,在JDK提供的类中式怎么保证变量原子性的呢?。对应Java中的包是:java.util.concurrent.atomic包下。因为涉及到了CAS算法,需要对CAS算法讲解及CAS算法三个问题怎么解决以及和Synchroized比较。文章比较长,所以就分为上下两个篇幅讲解。本文是上篇《Java并发之原子变量及CAS算法-上篇》

本文是《凯哥分享Java并发编程之J.U.C包讲解》系列教程中的一篇。如果想系统学习,建议从第一篇开始看。

原子变量案例

在Java中有一种写法:int i = 10; i++ 这种写法。

我们先来看看:

输入的是0还是1呢 ?

I++输出0的原因分析

答案是:0。为什么呢?凯哥把编译后的class文件反编译,咱们看:

说明:i的操作是i++;y的操作是++y.

从反编译后的代码,我们可以看到i++在JVM中的操作,总共分三步:

第一步:声明变量var10000 ,然后将i赋值给var10000,此时var10000的值是0;

第二步:声明变量var3 然后把i+1 赋值给var3,此时,var3的值等于1了;

第三步:将变量var10000的值又赋值给了i,此时因为var10000的值是0,所以i的值也是0

所以在sysout(i)的时候,就输出了0.

我们分析上面1,2,3步骤,可以发现。其实i++执行的是:读取-修改-重写 三个操作。

既然读写操作,就会涉及到变量原子性。测试在多线程下变量原子性

测试多线程下的变量原子性

那么,如果我们把对i的操作放到多个线程中操作结果会是什么样的呢?

线程操作I的代码:

开启十个线程同时操作i的代码:

我们来看看运行结果:

从运行结果中,我们可以看到,线程Thread-5和线程Thread-8的值是一样的。

根据上面运行的场景,我们发现,变量i其实是十个线程中的共享变量。从运行的结果来看,多个线程操作后,结果出问题了。

不同线程在内存中运行模拟图:

线程1;线程2;以及主线程之间运行关系,可以详见凯哥上一篇文章:《Java并发之内存可见性问题怎么解决》。这篇文章详细讲解了怎么关系。

已经看过凯哥上一篇文章或者是知道volatile关键字的朋友可能要说,这不就是线程之间变量可见性问题嘛。使用volatile关键字修饰i就可以了。真的可以了吗?

我们修改程序,用volatile来修饰,看看运行结果:

使用volatile关键字是否能解决多线程情况下变量原子性呢?

用volatile来修饰变量:

private volatile int shardData = 0;

运行结果:

我们发现,就算使用volatile关键字修饰了,依然存在多线程下变量原子性的问题。

怎么解决这种并发下变量原子性问题呢?

Java的atomic包

在jdk1.5以后,Java为我们提供了一个常用的原子变量。都在:java.util.concureent.atomic包下。我们来看看,都有哪些:


从JDK的API文档中(凯哥使用的是JDK1.8的API)我们可以看到常用的原子性变量。

怎么保证原子性呢?

那么,在atomic包下的这些类怎么保证原子性呢?

1:该包下的变量都是使用volatile关键字来修饰。

解决了多线程之间变量可见性。

Int类型的原子性对象AtomicInteger对象中:

用于对象的AtomicReference对象中:


都是使用volat关键字修饰的。

2:使用CAS算法

保持了变量的原子性

总结:

在Java的JDK中提供了concurrent.atomic包,使用这个包下的对象创建的变量就能保证原子性。

保证原子性的策略:

1:变量都是用Volatile关键字修饰。来保证内存可见性

2:使用CAS算法,来保证原子性。

下篇预告:

在下一篇文章中,我们主要讲解CAS算法原理及CAS算法会参数哪些问题(三个问题)?JDK是怎么解决的?修改i++使其成为具有原子性变量怎么实现。

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