【并发编程】Java中的原子操作
什么是原子操作
原子操作是指一个或者多个不可再分割的操作。这些操作的执行顺序不能被打乱,这些步骤也不可以被切割而只执行其中的一部分(不可中断性)。举个列子:
//就是一个原子操作
int i = 1;
//非原子操作,i++是一个多步操作,而且是可以被中断的。
//i++可以被分割成3步,第一步读取i的值,第二步计算i+1;第三部将最终值赋值给i
i++;
Java中的原子操作
在Java中,我们可以通过同步锁或者CAS操作来实现原子操作。
CAS操作
CAS是Compare and swap的简称,这个操作是硬件级别的操作,在硬件层面保证了操作的原子性。CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。Java中的sun.misc.Unsafe
类提供了compareAndSwapInt
和compareAndSwapLong
等几个方法实现CAS。
另外,在jdk的atomic包下面提供了很多基于CAS实现的原子操作类,见下图:
下面我们就使用其中的AtomicInteger
来看看怎么使用这些原子操作类。
package com.csx.demo.spring.boot.concurrent.atomic;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class AtomicIntegerDemo {
private static int THREAD_COUNT = 100;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
NormalCounter normalCounter = new NormalCounter("normalCounter",0);
SafeCounter safeCounter = new SafeCounter("safeCounter",0);
List<Thread> threadList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT ; i++) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 10000; j++) {
normalCounter.add(1);
safeCounter.add(1);
}
}
});
threadList.add(thread);
}
for (Thread thread : threadList) {
thread.start();
}
for (Thread thread : threadList) {
thread.join();
}
System.out.println("normalCounter:"+normalCounter.getCount());
System.out.println("safeCounter:"+safeCounter.getCount());
}
public static class NormalCounter{
private String name;
private Integer count;
public NormalCounter(String name, Integer count) {
this.name = name;
this.count = count;
}
public void add(int delta){
this.count = count+delta;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getCount() {
return count;
}
public void setCount(Integer count) {
this.count = count;
}
}
public static class SafeCounter{
private String name;
private AtomicInteger count;
public SafeCounter(String name, Integer count) {
this.name = name;
this.count = new AtomicInteger(count);
}
public void add(int delta){
count.addAndGet(delta);
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getCount() {
return count.get();
}
public void setCount(Integer count) {
this.count.set(count);
}
}
}
上面的代码中,我们分别创建了一个普通的计数器和一个原子操作的计数器(使用AtomicInteger进行计数)。然后创建了100个线程,每个线程进行10000次计数。理论上线程执行完之后,计数器的值都是1000000,但是结果如下:
normalCounter:496527
safeCounter:1000000
每次执行,普通计数器的值都是不一样的,而使用AtomicInteger进行计数的计数器都是1000000。
CAS操作存在的问题
- ABA问题:因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化,如果没有发生变化则更新,但是如果一个值原来是A,变成了B,又变成了A,那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化,但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号,每次变量更新的时候把版本号加一,那么A-B-A 就会变成1A-2B-3A。
从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用,并且当前标志是否等于预期标志,如果全部相等,则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
循环时间长开销大:自旋CAS如果长时间不成功,会给CPU带来非常大的执行开销。如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升,pause指令有两个作用,第一它可以延迟流水线执行指令(de-pipeline),使CPU不会消耗过多的执行资源,延迟的时间取决于具体实现的版本,在一些处理器上延迟时间是零。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突(memory order violation)而引起CPU流水线被清空(CPU pipeline flush),从而提高CPU的执行效率。
只能保证一个共享变量的原子操作:当对一个共享变量执行操作时,我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作,但是对多个共享变量操作时,循环CAS就无法保证操作的原子性,这个时候就可以用锁,或者有一个取巧的办法,就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如有两个共享变量i=2,j=a,合并一下ij=2a,然后用CAS来操作ij。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性,你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。
使用锁来保证原子操作
还是以上面的列子为列,普通的计数器我们只需要在计数方法上加锁就行了:
public synchronized void add(int delta){
this.count = count+delta;
}
执行结果如下:
normalCounter:1000000
safeCounter:1000000
两个计数器都能拿到正确的结果
CPU是怎么实现原子操作的
【并发编程】Java中的原子操作的更多相关文章
- 【Java并发】Java中的原子操作类
综述 JDK从1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包. 通过包中的原子操作类能够线程安全地更新一个变量. 包含4种类型的原子更新方式:基本类型.数组.引用.对象中字段 ...
- 读Java并发编程实践中,向已有线程安全类添加功能--客户端加锁实现示例
在Java并发编程实践中4.4中提到向客户端加锁的方法.此为验证示例,写的不好,但可以看出结果来. package com.blackbread.test; import java.util.Arra ...
- Java并发编程-Java内存模型
JVM内存结构与Java内存模型经常会混淆在一起,本文将对Java内存模型进行详细说明,并解释Java内存模型在线程通信方面起到的作用. 我们常说的JVM内存模式指的是JVM的内存分区:而Java内存 ...
- Java学习技术分享:Java中的原子操作
学习java需要有一套完整的学习线路,需要有条理性,当下学习java已经有一段时间了,由当初的懵逼状态逐渐好转,也逐渐养成了写技术学习笔记的习惯,今天总结了一下java中的原子操作. 1.Java中的 ...
- Java中的原子操作
Java中的原子操作 原子性:指该操作不能再继续划分为更小的操作. Java中的原子操作包括: 除long和double之外的基本类型的赋值操作 所有引用reference的赋值操作 java.con ...
- java中的原子操作类AtomicInteger及其实现原理
/** * 一,AtomicInteger 是如何实现原子操作的呢? * * 我们先来看一下getAndIncrement的源代码: * public final int getAndIncremen ...
- 【多线程与并发】Java中的12个原子操作类
从JDK1.5开始,Java提供了java.util.concurrent.atomic包,该包中的原子操作类提供了一种使用简单.性能高效(使用CAS操作,无需加锁).线程安全地更新一个变量的方式. ...
- Java并发编程(多线程)中的相关概念
众所周知,在Java的知识体系中,并发编程是非常重要的一环,也是面试中必问的题,一个好的Java程序员是必须对并发编程这块有所了解的. 并发必须知道的概念 在深入学习并发编程之前,我们需要了解几个基本 ...
- 什么是Java中的原子操作( atomic operations)
1.啥是java的原子性 原子性:即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行. 一个很经典的例子就是银行账户转账问题: 比如从账户A向账户B转1000元,那么 ...
随机推荐
- [Luogu2422]良好的感觉
题目描述 kkk做了一个人体感觉分析器.每一天,人都有一个感受值Ai,Ai越大,表示人感觉越舒适.在一段时间[i, j]内,人的舒适程度定义为[i, j]中最不舒服的那一天的感受值 * [i, j]中 ...
- JAVA锁有哪些种类,以及区别
原文链接:https://www.cnblogs.com/lxmyhappy/p/7380073.html 在读很多并发文章中,会提及各种各样锁如公平锁,乐观锁等等,这篇文章介绍各种锁的分类.介绍的内 ...
- python字符的各种处理,不用内置函数总结
一.字符的逆序,可变字符长度的最大值,自然数列表相加 # e=input("输入自然数字字符串:") # result=0 # for x in e: # result+=eval ...
- ESP8266开发之旅 基础篇① 走进ESP8266的世界
授人以鱼不如授人以渔,目的不是为了教会你具体项目开发,而是学会学习的能力.希望大家分享给你周边需要的朋友或者同学,说不定大神成长之路有博哥的奠基石... QQ技术互动交流群:ESP8266&3 ...
- 关于MySQL的经典例题50道 答案参考
答案不全面,欢迎交流沟通 -- 1.查询"01"课程比"02"课程成绩高的学生的信息及课程分数select * from sc s INNER JOIN sc ...
- CSS 阴影动画优化技巧一则
本技巧来自这篇文章 -- How to animate box-shadow with silky smooth performance 本文不是直译,因为觉得这个技巧很有意思很有用,遂起一文. bo ...
- OTA升级详解(一)
不积跬步,无以至千里: 不积小流,无以成江海. 出自荀子<劝学篇> 1.概念解释 OTA是何物? 英文解释为 Over The Air,既空中下载的意思,具体指远程无线方式,OTA 技术可 ...
- Java设计模式_七大原则
简介 单一职责原则.对类来说,即一个类应该只负责一项职责. 开闭原则.对扩展开放,对修改关闭.在程序需要进行扩展的时候,不能去修改原有代码,使用接口和抽象类实现一个热插拔的效果. 里氏替换原则.任何基 ...
- ArangoDB安装方法整理
目录 方法一:镜像安装 方法二:离线安装 方法三:在线安装 启动与停止服务 一.镜像安装(推荐方法) 安装docker 安装方法参见docker安装方法整理. 安装arangodb镜像: docker ...
- Unity5-ABSystem(三):AssetBundle加载
版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明.本文链接:https://blog.csdn.net/lodypig/article/detai ...