JVM中复杂对象的原子操作

上次讲到在无锁编程中，AtomicInteger可以对int型变量进行原子加减等操作，但是如果操作的是变量类型变成一个复杂对象，那么AtomicStampedReference就派上用场了，下面还是通过compareAndSet方法来剖析一下其内部的机制（以32位X86平台为例）。

         AtomicStampedReference::compareAndSet­-> AtomicStampedReference::casPair->UNSAFE::compareAndSwapObject-> Unsafe_CompareAndSwapObject->atomic_compare_exchange_oop-> Atomic ::cmpxchg_ptr-> Atomic:: cmpxchg

 

// // 可以看到比AtomicInteger中compareAndSet多了两个参数，目的是为了解决著名的ABA问题

    public boolean compareAndSet(V   expectedReference,

                                 V   newReference,

                                 int expectedStamp,

                                 int newStamp) {

        Pair<V> current = pair;

        return

            expectedReference == current.reference &&

            expectedStamp == current.stamp &&

            ((newReference == current.reference &&

              newStamp == current.stamp) ||

             casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));  // 只是casPair成功还不行，stamp 还必须相等，为了防止ABA问题

}

 // 简单的调用，掠过

    private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val) {

        return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, pairOffset, cmp, val);

    }

 

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapObject(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jobject e_h, jobject x_h))

  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapObject");

  oop x = JNIHandles::resolve(x_h);

  oop e = JNIHandles::resolve(e_h);

  oop p = JNIHandles::resolve(obj);

  HeapWord* addr = (HeapWord *)index_oop_from_field_offset_long(p, offset);

  if (UseCompressedOops) {                                      // UseCompressedOops是64位系统对象压缩的情况

    update_barrier_set_pre((narrowOop*)addr, e);

  } else {

    update_barrier_set_pre((oop*)addr, e);

  }

  oop res = oopDesc::atomic_compare_exchange_oop(x, addr, e);

  jboolean success  = (res == e);

  if (success)

    update_barrier_set((void*)addr, x);

  return success;

 

inline oop oopDesc::atomic_compare_exchange_oop(oop exchange_value,

                                                volatile HeapWord *dest,

                                                oop compare_value) {

  if (UseCompressedOops) {

    // encode exchange and compare value from oop to T

    narrowOop val = encode_heap_oop(exchange_value);

    narrowOop cmp = encode_heap_oop(compare_value);

 

    narrowOop old = (narrowOop) Atomic::cmpxchg(val, (narrowOop*)dest, cmp);

    // decode old from T to oop

    return decode_heap_oop(old);

  } else {

    return (oop)Atomic::cmpxchg_ptr(exchange_value, (oop*)dest, compare_value); // 这里显然走的这个路径

  }

}

 

inline void*    Atomic::cmpxchg_ptr(void*    exchange_value, volatile void*     dest, void*    compare_value) {

  return (void*)cmpxchg((jlong)exchange_value, (volatile jlong*)dest, (jlong)compare_value);                          // 注意这里cmpxchg函数交换的是jlong，64位字长

}

 

inline jlong    Atomic::cmpxchg    (jlong    exchange_value, volatile jlong*    dest, jlong    compare_value) {

  int mp = os::is_MP();

  jint ex_lo  = (jint)exchange_value;

  jint ex_hi  = *( ((jint*)&exchange_value) + 1 );

  jint cmp_lo = (jint)compare_value;

  jint cmp_hi = *( ((jint*)&compare_value) + 1 );

  __asm {

    push ebx

    push edi

    mov eax, cmp_lo

    mov edx, cmp_hi

    mov edi, dest

    mov ebx, ex_lo

    mov ecx, ex_hi

    LOCK_IF_MP(mp)

    cmpxchg8b qword ptr [edi]                             // cmpxchg8b 指令是32 x86后来加上的，目的是为了一次交换8个字节长度，现在的cpu几乎都支持了

    pop edi

    pop ebx

  }

有了注释和之前的一些基础，上面的代码应该能粗略理解，大家可以看到，复杂对象的原子交换要考虑到ABA问题，一次交换8个字节，其中4个直接是对象指针，还有4个字节实际上就是stamp，这个stamp就是解决ABA问题的关键。

要深入理解以上内容，必须理解无锁编程中的ABA问题，了解此问题的一般解决方法，鉴于这方面的内容、资料非常之多，这里我就不赘述了。

使用VC++的同学注意下，vista以上的版本才支持InterlockedCompareExchange64这个函数，而如果你想在XP中使用8字节交换，可以参照Atomic::cmpxchg实现自己的InterlockedCompareExchange64。