Java多線程系列——原子類的實現（CAS算法）

　　Java提供的原子類是靠 sun 基於 CAS 實現的，CAS 是一種樂觀鎖。關於樂觀鎖與悲觀鎖。

　　原子變量類至關於一種泛化的 volatile 變量，可以支持原子的和有條件的讀-改-寫操做。AtomicInteger 表示一個int類型的值，並提供了 get 和 set 方法，這些 Volatile 類型的int變量在讀取和寫入上有着相同的內存語義。它還提供了一個原子的 compareAndSet 方法（若是該方法成功執行，那麼將實現與讀取/寫入一個 volatile 變量相同的內存效果），以及原子的添加、遞增和遞減等方法。AtomicInteger 表面上很是像一個擴展的 Counter 類，但在發生競爭的狀況下能提供更高的可伸縮性，由於它直接利用了硬件對併發的支持。

AtomicInteger的實現

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　　AtomicInteger 是一個支持原子操做的 Integer 類，就是保證對 AtomicInteger 類型變量的增長和減小操做是原子性的，不會出現多個線程下的數據不一致問題。若是不使用 AtomicInteger，要實現一個按順序獲取的 ID，就必須在每次獲取時進行加鎖操做，以免出現併發時獲取到一樣的 ID 的現象。

　　接下來經過源代碼來看 AtomicInteger 具體是如何實現的原子操做。

　　首先看 value 的聲明：

private volatile int value;

　　volatile 修飾的 value 變量，保證了變量的可見性。

　　incrementAndGet() 方法，下面是具體的代碼：

public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
 }

　　經過源碼，能夠知道，這個方法的作法爲先獲取到當前的 value 屬性值，而後將 value 加 1，賦值給一個局部的 next 變量，然而，這兩步都是非線程安全的，可是內部有一個死循環，不斷去作 compareAndSet 操做，直到成功爲止，也就是修改的根本在 compareAndSet 方法裏面，compareAndSet()方法的代碼以下：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

　　compareAndSet()方法調用的compareAndSwapInt()方法的聲明以下，是一個native方法。 

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, intvar5);

　　compareAndSet 傳入的爲執行方法時獲取到的 value 屬性值，next 爲加 1 後的值， compareAndSet 所作的爲調用 Sun 的 UnSafe 的 compareAndSwapInt 方法來完成，此方法爲 native 方法，compareAndSwapInt 基於的是 CPU 的 CAS 指令來實現的。因此基於 CAS 的操做可認爲是無阻塞的，一個線程的失敗或掛起不會引發其它線程也失敗或掛起。而且因爲 CAS 操做是 CPU 原語，因此性能比較好。

　　相似的，還有 decrementAndGet() 方法。它和 incrementAndGet() 的區別是將 value 減 1，賦值給next 變量。

      AtomicInteger 中還有 getAndIncrement() 和 getAndDecrement() 方法，他們的實現原理和上面的兩個方法徹底相同，區別是返回值不一樣，前兩個方法返回的是改變以後的值，即 next。而這兩個方法返回的是改變以前的值，即 current。還有不少的其餘方法，就不列舉了。

CAS算法

CAS（Compare-And-Swap）算法保證數據操做的原子性。

CAS 算法是硬件對於併發操做共享數據的支持。

CAS 包含了三個操做數：
　　內存值 V
　　預估值 A
　　更新值 B

當且僅當 V == A 時，V 將被賦值爲 B，不然循環着不斷進行判斷 V 與 A 是否相等。