Java 多线程 volitile 和 atomic

Java 多线程 volitile 和 atomic

volitile关键字

public class MTester {
    public static class TestKey{
        int x = 0;
    }
    public static TestKey key0 = new TestKey();
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(()->{
            while (key0.x == 0){
            }
            System.out.println("key0"+key0.x);
        });
        Thread thread1 = new Thread(()->{
            try {
                Thread.sleep(1000);
                key0.x=1;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                System.out.println("over");
            }
        });
        thread.start();
        thread1.start();
    }
}

尝试运行以上代码，发现thread永远也无法发现key0的x被改变

所以这个时候需要加上volitile关键字

具体原因是java中每个线程都有工作内存，以及主存

我的理解就是不加volitile，线程读写变量是先在自己的工作内存中处理，然后再写回主存，但是有的线程处理的是工作内存，但是并没有从主存里面读取，加上volitile关键字之后，会通知其他线程，让他们强制从主存中读取数据

https://www.cnblogs.com/zhengbin/p/5654805.html

volatile还有一个特性：禁止指令重排序优化。

可以见这个文章

https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6528109.html

但是volitile只能保证可见性，不能保证原子性，也就是说如果多线程操作 i++还是无法保证正确

ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0;i<10;i++){
	service.submit(()->{
		for (int j = 0;j <10;j++){
			key0.x++;
			System.out.println(key0.x);
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	});
}
service.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println(key0.x);

还是无法保证原子性

这个时候可以考虑使用 java.util.concurrent.atomic;中的类

这些类里面的类大部分都是使用CAS算法进行操作的

CAS compare and set

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

这个 unsafe是unsafe类，里面的方法都是native方法

补充:

这个valueOffset可以理解为一个AtomicInteger的偏移量然后native方法然后传入native方法，这样就相当于获取了CAS需要比较对象的地址了

CAS其实就是期望的值进行比较，如果不相等，就证明有其他线程更改过了，然后不执行操作然后返回失败，CAS看起来很麻烦，但是却可以映射一些CPU指令，实际上执行起来还是很快的(参考java核心技术)

unsafe里面的方法大部分都是native方法

比如说我们想要对AtomicInteger执行一个 increase操作，就先比较自己跟期望的值，如果不等，那就在下次循环接着尝试更改，直到更改成功

//AtomicInteger.java
public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
//Unsafe.class
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

不过这种不断尝试比较，对CPU开销还是比较大，不过相对于synchronized来说更轻量级，因为synchronized需要不断尝试获取锁释放锁，而且只能独占

在并发量不是特别大的情况下，效率相对于synchronized还是很高的，当自选严重冲突的时候synchronized还是效率更高一些

CAS 算法属于自旋

不过CAS算法也有其他的缺点，常见的就是ABA问题

举个例子

线程1:从内存位置 1 取回A

线程2:从内存位置 1取到 A

线程2:做了一些操作

线程2:从内存位置 1 写入A

线程1:发现位置1还是A CAS成功但是却不知道线程2做了什么操作，可能引发一些后果

解决办法

AtomicStampedReference

可以用一个timestamp 或者mask来判断是否有其他操作

自旋锁的简单实现:

思路:每次只有一个线程进入临界区

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class MSpinLock {
    AtomicReference<Thread> reference = new AtomicReference<>();
    public void lock(){
        do {

        }while (!this.reference.compareAndSet(null,Thread.currentThread()));
    }
    public void unlock(){
        do {

        }while (!this.reference.compareAndSet(Thread.currentThread(),null));
    }

    public static void main(String[] args) {
        MSpinLock lock = new MSpinLock();
        Thread thread = new Thread(()->{
            while (true){
                try{
                    lock.lock();
                    System.out.println("thread had lock");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println("thread will unlock");
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
        Thread thread1 = new Thread(()->{
            while (true){
                try{
                    lock.lock();
                    System.out.println("thread1 had lock");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    System.out.println("thread1 will unlock");
                    lock.unlock();
                }
            }

        });

        thread.start();
        thread1.start();
    }
}

每次都是成对出现的

如果注释掉lock

显然不对

不过我们做的自选锁不可重入

假如有个函数需要递归，那么自旋锁就会发生死锁

所以我们需要一个Integer来判断一下

    public void lock(){
        if(Thread.currentThread().equals(reference.get())){
            atomicInteger.incrementAndGet();
            return ;
        }
        do {
        }while (!this.reference.compareAndSet(null,Thread.currentThread()));
        atomicInteger.incrementAndGet();
    }
    public void unlock(){
        if(Thread.currentThread().equals(reference.get())){
            int n = atomicInteger.decrementAndGet();
            if(n>0){
                return;
            }
        }
        do {
        }while (!this.reference.compareAndSet(Thread.currentThread(),null));

    }

这样就可重入了

https://www.cnblogs.com/qjjazry/p/6581568.html