Java并發之原子變量及CAS算法-上篇

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概述

本文主要講在Java并發編程的時候，如果保證變量的原子性，在JDK提供的類中是怎么保證變量原子性的呢？。對應Java中的包是：java.util.concurrent.atomic包下。因為涉及到了CAS算法，需要對CAS算法講解及CAS算法三個問題怎么解決以及和Synchroized比較。文章比較長，所以就分為上下兩個篇幅講解。本文是上篇《Java并發之原子變量及CAS算法-上篇》

本文是《凱哥分享Java并發編程之J.U.C包講解》系列教程中的一篇。如果想系統學習，建議從第一篇開始看。

原子變量案例

在Java中有一種寫法：int i = 10; i++ 這種寫法。

我們先來看看：

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輸入的是0還是1呢 ？

I++輸出0的原因分析

答案是：0。為什么呢？凱哥把編譯后的class文件反編譯，咱們看:

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說明：i的操作是i++;y的操作是++y.

從反編譯后的代碼，我們可以看到i++在JVM中的操作，總共分三步：

第一步：聲明變量var10000 ,然后將i賦值給var10000，此時var10000的值是0;

第二步：聲明變量var3 然后把i+1 賦值給var3,此時，var3的值等于1了;

第三步：將變量var10000的值又賦值給了i,此時因為var10000的值是0，所以i的值也是0

所以在sysout(i)的時候，就輸出了0.

我們分析上面1，2，3步驟，可以發現。其實i++執行的是：讀取-修改-重寫 三個操作。

既然讀寫操作，就會涉及到變量原子性。測試在多線程下變量原子性

測試多線程下的變量原子性

那么，如果我們把對i的操作放到多個線程中操作結果會是什么樣的呢？

線程操作I的代碼：

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開啟十個線程同時操作i的代碼：

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我們來看看運行結果：

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從運行結果中，我們可以看到，線程Thread-5和線程Thread-8的值是一樣的。

根據上面運行的場景，我們發現，變量i其實是十個線程中的共享變量。從運行的結果來看，多個線程操作后，結果出問題了。

不同線程在內存中運行模擬圖：

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線程1；線程2；以及主線程之間運行關系，可以詳見凱哥上一篇文章：《Java并發之內存可見性問題怎么解決》。這篇文章詳細講解了怎么關系。

已經看過凱哥上一篇文章或者是知道volatile關鍵字的朋友可能要說，這不就是線程之間變量可見性問題嘛。使用volatile關鍵字修飾i就可以了。真的可以了嗎？

我們修改程序，用volatile來修飾，看看運行結果：

使用volatile關鍵字是否能解決多線程情況下變量原子性呢？

用volatile來修飾變量：

private volatile int shardData = 0;

運行結果：

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我們發現，就算使用volatile關鍵字修飾了，依然存在多線程下變量原子性的問題。

怎么解決這種并發下變量原子性問題呢？

Java的atomic包

在jdk1.5以后，Java為我們提供了一個常用的原子變量。都在：java.util.concureent.atomic包下。我們來看看，都有哪些：

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從JDK的API文檔中(凱哥使用的是JDK1.8的API)我們可以看到常用的原子性變量。

怎么保證原子性呢？

那么，在atomic包下的這些類怎么保證原子性呢？

1：該包下的變量都是使用volatile關鍵字來修飾。

解決了多線程之間變量可見性。

Int類型的原子性對象AtomicInteger對象中：

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用于對象的AtomicReference對象中：

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都是使用volat關鍵字修飾的。

2：使用CAS算法

保持了變量的原子性

總結：

在Java的JDK中提供了concurrent.atomic包，使用這個包下的對象創建的變量就能保證原子性。

保證原子性的策略：

1：變量都是用Volatile關鍵字修飾。來保證內存可見性

2：使用CAS算法，來保證原子性。

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下篇預告：

在下一篇文章中，我們主要講解CAS算法原理及CAS算法會參數哪些問題(三個問題)？JDK是怎么解決的？修改i++使其成為具有原子性變量怎么實現。