热门标签 | HotTags
当前位置:  开发笔记 > 编程语言 > 正文

深入解析Java8并发编程:AtomicInteger源码详解与应用分析

本文深入解析了Java8并发编程中的`AtomicInteger`类,详细探讨了其源码实现和应用场景。`AtomicInteger`通过硬件级别的原子操作,确保了整型变量在多线程环境下的安全性和高效性,避免了传统加锁方式带来的性能开销。文章不仅剖析了`AtomicInteger`的内部机制,还结合实际案例展示了其在并发编程中的优势和使用技巧。

AtomicInteger类是实现了原子操作的Integer,以往对于保证int、double、float等基础类型的运算原子性,需要采用加锁的方式。但是为了一个简单的运算操作采用锁,在多线程竞争严重的情况下,会导致性能降低,所以在java1.5推出了Atomic包,是采用CAS算法实现原子性运算。

一、CPU锁

CPU锁有如下3种类型:

(1)处理器自动保证基本内存操作的原子性

首先处理器会自动保证基本的内存操作的原子性。 处理器保证从系统内存当中读取或者写入一个字节是原子的, 意思是当一个处理器读取一个字节时, 其他处理器不能访问这个字节的内存地址。

(2)使用总线锁保证原子性(开销大)

所谓总线锁就是使用处理器提供的一个 LOCK# 信号,当一个处理器在总线上输出此信号时, 其他处理器的请求将被阻塞住, 那么该处理器可以独占使用共享内存。

(3)用缓存锁保证原子性

所谓“缓存锁定”就是如果缓存在处理器缓存行中内存区域在 LOCK 操作期间被锁定,当它执行锁操作回写内存时,处理器不在总线上声言 LOCK# 信号,而是修改内部的内存地址,并允许它的缓存一致性机制来保证操作的原子性,因为缓存一致性机制会阻止同时修改被两个以上处理器缓存的内存区域数据,当其他处理器回写已被锁定的缓存行的数据时会起缓存行无效

二、CAS算法

当前的处理器基本都支持CAS(Compare and swap),只不过每个厂家所实现的算法并不一样罢了,每一个CAS操作过程都包含三个运算符:一个内存地址V,一个期望的值A和一个新值B,操作的时候如果这个地址上存放的值等于这个期望的值A,则将地址上的值赋为新值B,否则不做任何操作。CAS的基本思路就是,如果这个地址上的值和期望的值相等,则给其赋予新值,否则不做任何事儿,但是要返回原值是多少。

简单地说,CAS使得同步并不阻塞在编程语言层面上,而是阻塞在硬件层面上。

CAS类似数据库的乐观锁。

三、源码分析

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersiOnUID= 6214790243416807050L;
// Unsafe类只能在JDK内部使用
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
// AtomicInteger中value的偏移值
private static final long valueOffset;
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;
public AtomicInteger(int initialValue) {
value = initialValue;
}
public AtomicInteger() {
}
public final int get() {
return value;
}
// set()是直接对value进行操作的,不需要CAS,因为单步操作就是原子操作
public final void set(int newValue) {
value = newValue;
}
public final void lazySet(int newValue) {
// 这是一个有序或者有延迟的方法,并且不保证值的改变被其他线程立即看到
// 但因为value域设置为volatile,故是有效的
unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);
}
// 获取旧值,设置新值
public final int getAndSet(int newValue) {
return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue);
}
// CAS算法包装
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
// 根据名字判断是先获取,还是先操作
public final int getAndIncrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
public final int getAndDecrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1);
}
public final int getAndAdd(int delta) {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
public final int decrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1) - 1;
}
public final int addAndGet(int delta) {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
}
// 以下函数采用自旋的方式,计算新值,然后调用CAS判断是否可以更新
// 不能更新重新计算
public final int getAndUpdate(IntUnaryOperator updateFunction) {
int prev, next;
do {
prev = get();
next = updateFunction.applyAsInt(prev);
} while (!compareAndSet(prev, next));
return prev;
}
public final int updateAndGet(IntUnaryOperator updateFunction) {
int prev, next;
do {
prev = get();
next = updateFunction.applyAsInt(prev);
} while (!compareAndSet(prev, next));
return next;
}
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;
}
public final int accumulateAndGet(int x,
IntBinaryOperator accumulatorFunction) {
int prev, next;
do {
prev = get();
next = accumulatorFunction.applyAsInt(prev, x);
} while (!compareAndSet(prev, next));
return next;
}
}

四、CAS的缺点

(1)ABA问题

因为 CAS 需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化,如果没有发生变化则更新,但是如果一个值原来是A,变成了B,又变成了A,那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化,但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。

(2)自旋操作有可能开销很大

自旋 CAS 如果长时间不成功,会给 CPU 带来非常大的执行开销。

(3)只能保证一个共享变量的原子操作

当对一个共享变量执行操作时,我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作,但是对多个共享变量操作时,循环CAS就无法保证操作的原子性,这个时候就可以用锁

五、参考

http://blog.csdn.net/wenniuwuren/article/details/48793855


推荐阅读
  • 本文探讨了 Java 中 Pair 类的历史与现状。虽然 Java 标准库中没有内置的 Pair 类,但社区和第三方库提供了多种实现方式,如 Apache Commons 的 Pair 类和 JavaFX 的 javafx.util.Pair 类。这些实现为需要处理成对数据的开发者提供了便利。此外,文章还讨论了为何标准库未包含 Pair 类的原因,以及在现代 Java 开发中使用 Pair 类的最佳实践。 ... [详细]
  • 本文详细探讨了Java事件处理机制的核心概念与实现原理,内容浅显易懂,适合初学者逐步掌握。通过具体的示例和详细的解释,读者可以深入了解Java事件模型的工作方式及其在实际开发中的应用。 ... [详细]
  • AIX编程挑战赛:AIX正方形问题的算法解析与Java代码实现
    在昨晚的阅读中,我注意到了CSDN博主西部阿呆-小草屋发表的一篇文章《AIX程序设计大赛——AIX正方形问题》。该文详细阐述了AIX正方形问题的背景,并提供了一种基于Java语言的解决方案。本文将深入解析这一算法的核心思想,并展示具体的Java代码实现,旨在为参赛者和编程爱好者提供有价值的参考。 ... [详细]
  • Spring框架的核心组件与架构解析 ... [详细]
  • 本文介绍了UUID(通用唯一标识符)的概念及其在JavaScript中生成Java兼容UUID的代码实现与优化技巧。UUID是一个128位的唯一标识符,广泛应用于分布式系统中以确保唯一性。文章详细探讨了如何利用JavaScript生成符合Java标准的UUID,并提供了多种优化方法,以提高生成效率和兼容性。 ... [详细]
  • 贪心策略在算法设计中的应用与优化
    贪心算法在算法设计中具有广泛的应用,特别是在解决优化问题时表现出色。本文通过分析经典问题“买卖股票的最佳时机II”,探讨了贪心策略的基本原理及其在实际问题中的应用。通过实例分析,展示了贪心算法如何通过局部最优选择逐步达到全局最优解,并讨论了其在时间和空间复杂度上的优势。此外,还提出了一些优化方法,以提高算法的效率和适用性。 ... [详细]
  • HTML 页面中调用 JavaScript 函数生成随机数值并自动展示
    在HTML页面中,通过调用JavaScript函数生成随机数值,并将其自动展示在页面上。具体实现包括构建HTML页面结构,定义JavaScript函数以生成随机数,以及在页面加载时自动调用该函数并将结果呈现给用户。 ... [详细]
  • 本文对常见的字符串哈希函数进行了全面分析,涵盖了BKDRHash、APHash、DJBHash、JSHash、RSHash、SDBMHash、PJWHash和ELFHash等多种算法。这些哈希函数在不同的应用场景中表现出各异的性能特点,通过对比其算法原理、计算效率和碰撞概率,为实际应用提供了有价值的参考。 ... [详细]
  • 利用 PHP APICommonUrl 中转实现 jQuery JSONP 请求优化 ... [详细]
  • 总数 | 小规模算法动态规划第3讲:LeetCode 62 不同路径详解 | 从自顶向下到自底向上的动态规划方法分析
    总数 | 小规模算法动态规划第3讲:LeetCode 62 不同路径详解 | 从自顶向下到自底向上的动态规划方法分析 ... [详细]
  • 在深入研究 React 项目的过程中,特别是在探索 react-router 源码时,我发现了其中蕴含的中间件概念。这激发了我对中间件的进一步思考与整理。本文将详细探讨 Redux 中间件的原理及其在实际项目中的应用,帮助读者更好地理解和使用这一强大工具。通过具体示例和代码解析,我们将揭示中间件如何提升应用的状态管理和异步操作处理能力。 ... [详细]
  • 在 Kubernetes 中,Pod 的调度通常由集群的自动调度策略决定,这些策略主要关注资源充足性和负载均衡。然而,在某些场景下,用户可能需要更精细地控制 Pod 的调度行为,例如将特定的服务(如 GitLab)部署到特定节点上,以提高性能或满足特定需求。本文深入解析了 Kubernetes 的亲和性调度机制,并探讨了多种优化策略,帮助用户实现更高效、更灵活的资源管理。 ... [详细]
  • SQLite数据库CRUD操作实例分析与应用
    本文通过分析和实例演示了SQLite数据库中的CRUD(创建、读取、更新和删除)操作,详细介绍了如何在Java环境中使用Person实体类进行数据库操作。文章首先阐述了SQLite数据库的基本概念及其在移动应用开发中的重要性,然后通过具体的代码示例,逐步展示了如何实现对Person实体类的增删改查功能。此外,还讨论了常见错误及其解决方法,为开发者提供了实用的参考和指导。 ... [详细]
  • 探索偶数次幂二项式系数的求和方法及其数学意义 ... [详细]
  • HBase Java API 进阶:过滤器详解与应用实例
    本文详细探讨了HBase 1.2.6版本中Java API的高级应用,重点介绍了过滤器的使用方法和实际案例。首先,文章对几种常见的HBase过滤器进行了概述,包括列前缀过滤器(ColumnPrefixFilter)和时间戳过滤器(TimestampsFilter)。此外,还详细讲解了分页过滤器(PageFilter)的实现原理及其在大数据查询中的应用场景。通过具体的代码示例,读者可以更好地理解和掌握这些过滤器的使用技巧,从而提高数据处理的效率和灵活性。 ... [详细]
author-avatar
闲忙的飞
这个家伙很懒,什么也没留下!
PHP1.CN | 中国最专业的PHP中文社区 | DevBox开发工具箱 | json解析格式化 |PHP资讯 | PHP教程 | 数据库技术 | 服务器技术 | 前端开发技术 | PHP框架 | 开发工具 | 在线工具
Copyright © 1998 - 2020 PHP1.CN. All Rights Reserved | 京公网安备 11010802041100号 | 京ICP备19059560号-4 | PHP1.CN 第一PHP社区 版权所有