Java并发学习(七)-AtomicInteger基本数据类型类
来源:互联网 发布:转行金融 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 18:43
从Java5开始,出现了concurrent并发包,这里主要先介绍atomic包下面的AtomicXXX诸如AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong等原子更新类,它们内部实现思想基本一致,这里以AtomicInteger为例进行介绍。
AtomicXXX主要包括:AtomicInteger
,AtomicBoolean
,AtomicLong
,AtomicReference
。
What is AtomicInteger
Java有8种数据类型,并且每个数据类型都有一个包装类,如int和Integer,它们之间的转化也就是我们常称作的自动拆箱和装箱的过程。但是呢,它们只是一个简单的数据,当在并发编程下,没有任何特殊的语义。
记得以前分析过volatile,这里有需要可以看:Java并发学习(二)-JMM。
volatile能保证可见性,以及阻止编译器和处理器对其重排序,并且对单一数据读写具有原子性,然而对于复合操作却没有原子性,比如i++。
那么如果需要一种原子性int呢?
那就是atomic包下面的AtomicInteger了。
AtomicInteger的实现
那么AtomicXXX具体怎么实现的呢?
volatile的基本数据类型+CAS操作。
volatile保证可见性,当一个线程修改volatile变量时,其他线程拿到的都是修改后的最新值。关于CAS操作可以阅读:Java并发学习(六)-深入分析CAS操作 。
里面的方法都是对Unsafe方法的封装,而Unsafe里面的方法都是JNI方法,通过调用底层c++方法从而实现指令级的原子操作。
看看里面一些基本方法:
... //set方法 public final void set(int newValue) { value = newValue; } //lazyset,没有storeload屏障的set public final void lazySet(int newValue) { unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue); } //获取并且设置 public final int getAndSet(int newValue) { return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue); } //原子更新值 public final boolean compareAndSet(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); } //weak的CAS,也就是没有volatile语义的CAS,没有加入内存屏障 public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); } //自增加,返回原先值 public final int getAndIncrement() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); } //自减少,返回原先值 public final int getAndDecrement() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1); } //原子性增加delta值 public final int getAndAdd(int delta) { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta); } //自增1,返回最终值 public final int incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; } //阻塞式更新,并且对prev进行一个IntUnaryOperator操作运算 public final int updateAndGet(IntUnaryOperator updateFunction) { int prev, next; do { prev = get(); next = updateFunction.applyAsInt(prev); } while (!compareAndSet(prev, next)); return next; } //阻塞式更新,并对prev和x,进行二元运算操作。 public final int getAndAccumulate(int x,IntBinaryOperator accumulatorFunction) { int prev, next; do { prev = get(); next = accumulatorFunction.applyAsInt(prev, x); } while (!compareAndSet(prev, next)); return prev; } ...
上面代码,从理解层面来讲,还是不难的,这里主要看lazySet
和weakCompareAndSet
两个方法的意义。
lazySet
从上面代码可以看到,由于value是volatile类型,所以普通方法set
,就是写入volatile类型变量。此时JVM会插入特定的内存屏障,内存语义具有可见性。
而lazySet呢?看意思是“懒惰”的set,什么意思呢?
set是内存语义是立即对其他线程可见,则lazySet则是不一定立即可见。
为什么会这样呢?
首先set()是对volatile变量的一个写操作, 我们知道volatile的write为了保证对其他线程的可见性会追加以下两个Fence(内存屏障)
1)StoreStore // 在intel cpu中, 不存在[写写]重排序, 这个可以直接 省略了
2)StoreLoad // 这个是所有内存屏障里最耗性能的lazySet()省去了StoreLoad屏障, 只留下StoreStore 。详见Doug Lea 的描述:http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6275329
所以这样一来,在效率上毫无疑问lazySet要比set高很多,可以这样理解,lazySet
在intel cpu中,其实就可以看做普通变量的写操作了。
lazySet比set()具有性能优势,但是使用场景很有限。
weakCompareAndSet
基于Java8分析,在上述代码中,可以很明显的看到weakCompareAndSet
方法和compareAndSet
方法,具有相同的实现,但是为啥名字不同呢?
其实按照Doug Lea本来的设计意图,是想吧weakCompareAndSet设定为一种在性能上更加高效的方法。
由于compareAndSet和其他读取并更新的操作,拥有相同的内存语义,即具有原子性。
所以设计了weakCompareAndSet方法,在读上具有通用的原子性,但是写方面不具有volatile语义了,换而言之,weakCompareAndSet的写操作,不能即时被其他线程可见。
上述详情参见:http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=4996165
但是话又说回来,JDK它们两个的层面,它们两个的实现是一样的,也就是说jdk并没有真正实现它,只是保留了这个观点,现在可能没改变,但将来可能会按照设想的实现。
IntUnaryOperator和IntBinaryOperator
在上面代码最下面,可以看到两个具有阻塞性的方法,updateAndGet
和getAndAccumulate
,这两个方法是Java8新加入的,增加了函数式编程的运用。
IntUnaryOperator:
@FunctionalInterfacepublic interface IntUnaryOperator { /** * 一个操作数的函数 */ int applyAsInt(int operand); //compose default IntUnaryOperator compose(IntUnaryOperator before) { Objects.requireNonNull(before); return (int v) -> applyAsInt(before.applyAsInt(v)); } //andThen default IntUnaryOperator andThen(IntUnaryOperator after) { Objects.requireNonNull(after); return (int t) -> after.applyAsInt(applyAsInt(t)); } //返回当前运算值 static IntUnaryOperator identity() { return t -> t; }}
如上,IntUnaryOperator
就是一个队单个int型数的操作运算,而compose和andThen,可以参看:Java8的Function接口学习(compose和andThen) 。
IntBinaryOperator:
IntBinaryOperator则更加简单,也是函数式的方法接口,就只有一个待实现方法:
@FunctionalInterfacepublic interface IntBinaryOperator { /** * 两个int的原酸 * * @param left the first operand * @param right the second operand * @return the operator result */ int applyAsInt(int left, int right);}
AtomicLong注意之处
有些机器是32位的,所以会把64位long类型volatile拆分成2个32位进行计算,但有些不是的。所以在实现AtomicLong的时候,如果是32位,那就需要加上锁来实现CAS操作。JVM特别的还加了一个判断,来区分是32位:
/** * Records whether the underlying JVM supports lockless * compareAndSwap for longs. While the Unsafe.compareAndSwapLong * method works in either case, some constructions should be * handled at Java level to avoid locking user-visible locks. */ static final boolean VM_SUPPORTS_LONG_CAS = VMSupportsCS8(); /** * Returns whether underlying JVM supports lockless CompareAndSet * for longs. Called only once and cached in VM_SUPPORTS_LONG_CAS. */ private static native boolean VMSupportsCS8();
AtomicBoolean注意之处
在AtomicBoolean中,作为volatile变量的,并不是boolean类型,而是一个int类型的0和1来分别表示false和true。
private volatile int value; /** * Creates a new {@code AtomicBoolean} with the given initial value. * * @param initialValue the initial value */ public AtomicBoolean(boolean initialValue) { value = initialValue ? 1 : 0; }
参考资料:
1. jdk文档
2. http://ifeve.com/juc-atomic-class-lazyset-que/
3. http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6275329
4. http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=4996165
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