理解對多線程併發資源的保護——從AtomicInteger源代碼出發

前言

Java線程中的java.util.concurrent.atomic包裏面都是類都是針對多線程下的原子變量，有包括AtomicInteger, AtomicBoolean等等多種變量的原子化實現。

本次咱們將會解讀AtomicInteger的源碼，對變量的原子化思路進行一個理解。這也會對理解現實場景中，多線程程序原子化使用某個資源也有更好的理解。咱們抽取幾個主要的方法進行解讀。

畫個UML

AtomicInteger主要實現了Number接口，這個接口提供的方法都是將原子變量值轉換爲其餘類型值的接口。

而主要的原子化特性則是經過持有jdk.internal.misc.Unsafe對象實現Proxy模式進行實現。

初始化

兩個靜態變量十分清晰：

U

是調用了jdk.internal.misc.Unsafe對象，協助後面的原子性更新特性。

VALUE

則是使用了objectFieldOffset獲取了對象在JVM內存中的地址。該方法的具體實現則是一個native方法，經過C或C++對JVM內部進行操做。暫時不做細究。

private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();
    private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");
    private volatile int value;

構造函數
AtomicInteger(int)

將傳入int值，寫入爲成員變量，令對象持有該值。

主要API及源碼解讀

int get()

比較直觀的實現，直接返回被聲明爲volatile的value。

void set(int)

比較直觀的實現，將輸入值賦值到爲volatile的value。

int getAndIncrement()

有效的邏輯，在調用Unsafe對象的下面兩個方法：

public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
        int v;
        do {// 循環
            // getIntVolatile是一個native方法:
            // 之內存地址，及Object對象肯定獲取內存中的volatile值
            v = getIntVolatile(o, offset);
        } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
        //調用下方的weakCompareAndSetInt方法，直到更新成功則退出循環
        return v;
    }

public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
                                              int expected,
                                              int x) {
        // 調用native方法compareAndSetInt
        // 以對象類型o，內存地址offset，指望值expected，輸入值x
        // 按照對象類型及內存地址得到期待值，對比後更新爲輸入值。
        return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
    }

int getAndDecrement()

相似於getAndIncreement，調用Unsafe，對內存中數值進行操做。

小結及延伸思考

經過回顧針對AtomiInteger的幾個基本方法原子化操做的解讀，咱們能夠理解爲原子操做的幾個要點：

1. 採用volatile類型的特性，直接讀取內存中的值，忽略掉VM中的值。
2. 採用對比的方法，對比對象類型，內存地址，原有值等維度，覈對後進行賦值。（具體要檢查native方法的代碼）
3. Atomic類忽略了值的次序性，儘量以值的惟一性保證其原子性。

對於數據庫記錄的原子性的解決方案，也有相似的解決方案，多線程佔用某個數據庫資源更新時，咱們也能夠先作讀取，覈對值或版本號後再做更新。

對於數據庫相關的原子性保證更新，咱們下一篇再聊聊。