1.考考你
你們週末好！又到咱們一週分享的時候了。相信做爲資深程序員的你，對於AtomicInteger這樣的類，即以Atomic開始的類必定不會感到陌生。咱們在翻看不少框架源碼、或者第三方組件都會常常看到它們，如影隨形。java
那麼問題來了，像Atomicxxx這樣的類，究竟是什麼意思呢？從字面意思比較好理解，Atomic即原子性，那麼Atomicxxx即原子類。講到這裏，你必定還記得咱們說過線程安全的三個基本要素，咱們一塊兒來回顧一下：可見性、原子性、有序性。原子類的原子性，講的就是這個原子性，因而你能夠先記住一個結論：原子類，它是線程安全的類。程序員
到這裏有朋友可能會提出質疑：你說線程安全，就線程安全嗎？我不服，你沒有講清楚。我不聽，我不聽......好吧，看官們莫急，且聽我一步一步分析，娓娓道來，話說......面試
#考考你： 1.你真的理解原子類的核心思想嗎 2.你在你的項目中，有直接用到過原子類嗎
2.案例
2.1.自增操做案例
2.1.1.普通變量版本
案例描述：編程
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定義一個普通的int型變量value，初始值爲：0數組
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開啓兩個線程thread_1，thread_2並行執行value++操做安全
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每一個線程執行 5000次，預期執行結果： 2 * 5000 = 10000次bash
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經過觀察最終執行結果，是否等於預期10000次併發
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結果不相等，說明線程不安全，緣由是：value++操做不是一個原子性操做框架
package com.anan.edu.common.newthread.atomic;
/**
* 普通 int變量 ++ 操做，非原子性，線程不安全
*
* @author ThinkPad
* @version 1.0
* @date 2020/11/29 8:27
*/
public class CommonIntDemo {
/**
* 普通成員變量
*/
private int value = 0;
public void addValue(){
value++;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 1.建立CommonIntDemo對象
CommonIntDemo demo = new CommonIntDemo();
// 2.建立2兩個線程，每一個線程調用方法addValue 5000次
// 預期value值結果等於：2 * 5000 = 10000
int loopEnd = 5000;
Thread thread_1 = new Thread(() -> {
for(int i = 0; i < loopEnd; i++){
demo.addValue();
}
}, "thread_1");
Thread thread_2 = new Thread(() -> {
for(int i = 0; i < loopEnd; i++){
demo.addValue();
}
}, "thread_2");
// 3.啓動執行線程
thread_1.start();
thread_2.start();
// 4.主線程等待子線程執行完成，打印value值
thread_1.join();
thread_2.join();
System.out.println("int型成員變量value最終結果：" + demo.value);
}
}
執行結果分析：工具
2.1.2.AtomicInteger版本
案例描述：
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定義一個AtomicInteger變量value，初始值爲：0
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開啓兩個線程thread_1，thread_2並行執行value.incrementAndGet()操做
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每一個線程執行 5000次，預期執行結果： 2 * 5000 = 10000次
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經過觀察最終執行結果，是否等於預期10000次
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結果相等，說明線程安全，緣由是：原子類同時知足了可見性、與原子性
package com.anan.edu.common.newthread.atomic;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
* 原子類AtomicInteger，實現自增操做，線程安全
*
* @author ThinkPad
* @version 1.0
* @date 2020/11/29 8:27
*/
public class AtomicIntegerDemo {
/**
* AtomicInteger成員變量
*/
private AtomicInteger value = new AtomicInteger(0);
public void addValue(){
value.incrementAndGet();
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 1.建立AtomicIntegerDemo對象
AtomicIntegerDemo demo = new AtomicIntegerDemo();
// 2.建立2兩個線程，每一個線程調用方法addValue 5000次
// 預期value值結果等於：2 * 5000 = 10000
int loopEnd = 5000;
Thread thread_1 = new Thread(() -> {
for(int i = 0; i < loopEnd; i++){
demo.addValue();
}
}, "thread_1");
Thread thread_2 = new Thread(() -> {
for(int i = 0; i < loopEnd; i++){
demo.addValue();
}
}, "thread_2");
// 3.啓動執行線程
thread_1.start();
thread_2.start();
// 4.主線程等待子線程執行完成，打印value值
thread_1.join();
thread_2.join();
System.out.println("AtomicInteger型成員變量value最終結果：" + demo.value);
}
}
執行結果分析：
2.2.原子類底層原理分析
2.2.1.再次分析線程安全核心思想
經過比較普通類型int型變量自增操做，與原子型AtomicInteger型變量自增操做。咱們看到應用層代碼幾乎沒有差別，僅僅是經過AtomicInteger替換int實現自增操做，即保證了線程安全。那麼AtomicInteger它是如何作到的呢？
要分析清楚AtomicInteger底層原理，還須要回到咱們說過的線程安全基本要素：可見性、原子性、有序性。就是說無論經過什麼手段，要實現線程安全，必定要知足這三個基本要素，換句話說，知足了三個基本要素，也即實現了線程安全。
那麼咱們就從這三個要素開始分析。首先看最容易理解的有序性，你還記得什麼是有序性嗎？它是說線程內有序，線程之間無序。有序性比較好理解，咱們就不過多解釋了。
再來看可見性，一樣你還記得什麼是可見性嗎？咱們知道jmm內存模型，每一個線程都有本身的私人空間（工做內存），全部線程共享公共空間（主內存）。那麼若是要保證某個變量在線程間的可見性，即當線程A操做該變量後，須要同步將變量值從私人空間同步到公共空間：工做內存--->主內存；同理其它線程在操做變量前，須要從公共空間將變量值同步到私人空間：主內存--->工做內存。java編程語法上給咱們提供了一個關鍵字：volatile。用於實現可見性。你可能還須要下面這個圖：
最後再來看原子性，原子性你應該還記得，咱們上一篇：高級併發編程系列十二（一文搞懂cas）剛剛分享過。cas本質上是不到黃河心不死，什麼意思呢？便是不釋放cpu，循環操做，直到操做成功爲止。咱們是這麼解釋的，你也應該還記得對吧。並且咱們還說過對於cas，它的操做原理是三個值：內存值A、指望值B、更新值C。每次操做都會比較內存值A，是否等於指望值B、若是等於則將內存值更新成值C，操做成功；若是內存值A，不等於指望值B，則操做失敗，進行下一次循環操做。你可能還須要下面這個圖：
好了到這裏，咱們能夠一塊兒來看AtomicInteger的源碼了。看看是否知足咱們說的可見性、原子性。進一步分析清楚AtomicInteger類線程安全的實現原理。下面咱們經過截圖+文字描述的方式，方便你理解。
2.2.2.AtomicInteger類聲明
先來看AtomicInteger類的聲明，這一塊對於不熟悉的朋友可能比較難看懂，咱們先截圖看一下。
2.2.3.方法incrementAndGet分析
經過類聲明部分源碼，咱們看到線程安全的可見性，經過volatile關鍵字修飾value成員變量，已經有了保障。那麼原子性，又是如何保障的呢？答案是經過Unsafe工具類，進行cas操做來保障的。看圖：
2.3.juc原子類分類
相信經過上面的分析，你已經理解了原子類線程安全的底層實現原理，若是你理解起來稍微還有點難度，我建議你多看兩遍。對於一個程序員來講，咱們不該該只會用用框架，底層思想和原理纔是內功。
那麼關於原子類的底層分析，咱們暫時放一放，下面咱們一塊兒來看一下juc包中提供的常見原子能力工具類。它們每個的底層原理，都在上面分析過了，我就再也不逐一分析了，只是簡單的列舉出來，若是你感興趣的話，能夠找一兩個按照我上面的分析思路，本身分析一下，應該會有意想不到的驚喜！
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基本原子類，表明：AtomicInteger、AtomicLong
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數組原子類，表明：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray
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引用原子類，表明：AtomicReference<V>。關於引用原子類，稍微加一句：它能夠把一個普通對象，包裝成具備原子能力的對象
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提供升級能力原子類，表明：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater
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累加器原子類，表明：LongAdder。關於累加器，稍微多加一句：它是jdk1.8開始後新加入的小夥伴，性能比起AtomicLong來講槓槓的。據說目前是個面試熱點話題喲！值得去研究一下