利用CAS算法实现通用线程安全状态机

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在多线程环境下，如果某个类是有状态的，那我们在使用前，需要保证所有该类的实例对象状态一致，否则会出现意向不到的bug。下面是通用线程安全状态机的实现方法。

public class ThreadSaveState{    private int x;    private int y;    private enum State {NEW, INITIALIZING, INITIALIZED};    private final AtomicReference<State> init = new AtomicReference<State>(State.NEW);    public ThreadSaveState() {    };    public ThreadSaveState(int x, int y) {        initialize(x, y);    }    private void initialize(int x, int y) {        if (!init.compareAndSet(State.NEW, State.INITIALIZING)) {            throw new IllegalStateException("Already initialized");        }        this.x = x;        this.y = y;        //… Do anything else the original constructor did        init.set(State.INITIALIZED);    }    //所有公共接口，都要先调用该方法检测对象完整性    private void checkInit() {        if (init.get() != State.INITIALIZED) {            throw new IllegalStateException("Uninitialized");        }    }    //示例公用接口    public int getX() {        checkInit();        return x;    }    //示例公用接口    public int getY() {        checkInit();        return y;    }}

这种模式利用compareAndSet方法来操作枚举的原子引用，关于compareAndSet方法，其内部是CAS算法，即：Compare and Swap, 翻译成比较并交换，源码如下：

java.util.concurrent包中借助CAS实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁，使用这些类在多核CPU的机器上会有比较好的性能.

结合compareAndSet源码我们看下：

/**     * Atomically sets the value to the given updated value     * if the current value {@code ==} the expected value.     * @param expect the expected value     * @param update the new value     * @return true if successful. False return indicates that     * the actual value was not equal to the expected value.     */    public final boolean compareAndSet(V expect, V update) {        return unsafe.compareAndSwapObject(this, valueOffset, expect, update);    }

根据注释，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，返回True，否则返回false。

再看看我们初始化的代码：

 if (!init.compareAndSet(State.NEW, State.INITIALIZING)) {            throw new IllegalStateException("Already initialized");        }

只有当state是New的时候，才开始初始化，否则直接报错。这就保证了对象的完整性，因为如果没有这样的防范机制，万一有个线程要在某个实例上调用initialize()，而另一个线程又要企图使用这个实例，第二个线程就有可能看到这个实例处于不一致的状态。