文章目录

线程安全性文章索引
脑图
线程安全性的定义
线程安全性的体现
原子性
- 使用AtomicInteger改造线程不安全的变量
- incrementAndGet源码分析-UnSafe类 compareAndSwapInt （CAS）
- CAS操作中可能会带来的ABA问题
- - ABA问题的解决办法
  - AtomicLong 和 LongAdder
  - LongAdder的优化思路
  - LongAdder的优缺点
- AtomicReference 和 AtomicIntegerFieldUpdater
代码

线程安全性文章索引

并发编程-03线程安全性之原子性（Atomic包）及原理分析

并发编程-04线程安全性之原子性Atomic包的4种类型详解

并发编程-05线程安全性之原子性【锁之synchronized】

并发编程-06线程安全性之可见性 (synchronized + volatile)

并发编程-07线程安全性之有序性

脑图

线程安全性的定义

当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程将如何进行交替，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或者协同，这个类都能表现正确的行为，那么这个类就是线程安全的。

线程安全性的体现

线程安全性主要体现在一下三个方面

1. 原子性
2. 可见性
3. 有序性

原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作

可见性：一个线程对主内存的修改可以及时被其他线程观察到

有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序的存在，该观察结果一般杂乱无序

我们逐个来看下这3个特性，首先来学习下线程安全的原子性JDK中提供的类以及原理。

原子性

提到原子性，就不得不提jdk1.5开始提供的juc中的Atomic包，Atomic包中的原子操作类提供了一种用法简单、性能高效、线程安全的更新一个变量的方式。

先回顾下线程不安全的写法

使用AtomicInteger改造线程不安全的变量

下面我们通过示例来演示下Atomic包中的原子类是如何线程安全的更新一个变量的方式

incrementAndGet源码分析-UnSafe类 compareAndSwapInt （CAS）

AtomicInteger#incrementAndGet 是如何实现线程安全的呢？

看下源码（JDK1.8）

调用了Unsafe类中的getAndAddInt()方法，该方法执行一个CAS操作，保证线程安全。

UnSafe的getAndAddInt方法实现：

//Unsafe类中的getAndAddInt方法
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {        int v;        do {            v = getIntVolatile(o, offset);        } while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));        return v;
}

getAndAddInt通过一个while循环不断的重试更新要设置的值，直到成功为止，调用的是Unsafe类中的compareAndSwapInt方法，是一个CAS操作方法。【CAS操作是基于系统原语的（原语的执行必须是连续的，操作期间不会被系统中断，是一条CPU的原子指令），因此是一个不需要加锁的锁，也因此不可能出现死锁的情况。】

CAS方法的主要实现逻辑

CAS：Compare and Swap
CAS(V, E, N)

V：要更新的变量
E：预期值
N：新值

如果V值等于E值，则将V值设为N值；如果V值不等于E值，说明其他线程做了更新，那么当前线程什么也不做。（放弃操作或重新读取数据）

在JDK中的实现为，加入了个偏移量offset

Unsafe里的CAS 操作相关:

//第一个参数o为给定对象，offset为对象内存的偏移量，通过这个偏移量迅速定位字段并设置或获取该字段的值，
//expected表示期望值，x表示要设置的值，下面3个方法都通过CAS原子指令执行操作。
public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset,Object expected, Object x);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,int expected,int x);
public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset,long expected,long x);

上面的incrementAndGet 源码分析是基于JDK1.8的，如果是1.8之前的方法，1.8之前的方法则是通过for的死循环实现的：

//JDK 1.7的源码，由for的死循环实现，并且直接在AtomicInteger实现该方法，
//JDK1.8后，该方法实现已移动到Unsafe类中，直接调用getAndAddInt方法即可
public final int incrementAndGet() {    for (;;) {        int current = get();        int next = current + 1;        if (compareAndSet(current, next))            return next;    }
}

CAS操作中可能会带来的ABA问题

当第一个线程执行CAS(V,E,U)操作，在获取到当前变量V，准备修改为新值U前，另外两个线程已连续修改了两次变量V的值，使得该值又恢复为旧值。

ABA问题的解决办法

AtomicStampedReference类时间戳

一个带有时间戳的对象引用，每次修改时，不但会设置新的值，还会记录修改时间。在下一次更新时，不但会对比当前值和期望值，还会对比当前时间和期望值对应的修改时间，只有二者都相同，才会做出更新。

底层实现为：一个键值对Pair存储数据和时间戳，并构造volatile修饰的私有实例；两者都符合预期才会调用Unsafe的compareAndSwapObject方法执行数值和时间戳替换

AtomicMarkableReference类

一个boolean值的标识，true和false两种切换状态表示是否被修改。不推荐使用。

原理参考：Java中的CAS和Unsafe类

AtomicLong 和 LongAdder

上面的AtomicInteger也可以改成AtomicLong ,其他地方都无需调整，效果是一样的。这里我们要引出的JDK8中对AtomicLong的改进类LongAdder.

多次执行，结果总是10000.

LongAdder的优化思路

LongAdder所使用的思想就是热点分离，这一点可以类比一下ConcurrentHashMap的设计思想。就是将value值分离成一个数组，当多线程访问时，通过hash算法映射到其中的一个数字进行计数。而最终的结果，就是这些数组的求和累加。这样一来，就减小了锁的粒度

LongAdder的优缺点

优点：

LongAccumulator与LongAdder在高并发环境下比AtomicLong更高效。如果仅仅是需要做形如count++的操作，如果使用的JDK8的话，推荐使用LongAdder代替AtomicLong。

缺点：

LongAdder在统计的时候如果有并发更新，可能导致统计的数据有误差。

AtomicReference 和 AtomicIntegerFieldUpdater

因篇幅原因 AtomicReference 和 AtomicIntegerFieldUpdater 的使用见另外一篇博客
并发编程-04线程安全性之原子性Atomic包详解

原子更新引用类型: AtomicReference

原子更新字段类型： AtomicIntegerFieldUpdater

代码

https://github.com/yangshangwei/ConcurrencyMaster

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