【构建并发程序】3-原子变量

什么是原子变量

• 原子变量与Volatile变量很相似，但使用它们的代价比使用Volatile变量的代价更高；它们用于在不使用synchronized语句的情况下，执行复杂的并发操作。
• 原子变量有布尔型，整型，长整型，和引用类型
  AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference

什么是原子操作

• 原子变量被存储在支持复杂的可线性化操作的内存区域中。可线性化操作是指可立刻执行的任何操作，例如Volatile变量的写入操作就是一种可线性化操作。一个复杂的线性化操作至少包含2个步骤：读取和写入； 因此我们使用术语“原子操作”，代表这种复杂的可线性化操作。

使用原子操作执行getUniqueId方法(即UID的唯一)

object two_原子操作_getUniqueId extends App {
  private val uid = new AtomicLong(0L) //定义了一个Long类型的原子变量
  def getUniqueId: Long = uid.incrementAndGet() //使用了该变量的原子操作:incrementAndGet；它会读取uid然后计算+1的值，之后将结果写会变量uid中，并返回这个结果。
  execute(println(s"Uid asynchronously : $getUniqueId")) // 创建个全局对象线程池
  println(s"Got a unique id : $getUniqueId") //main线程也执行一次getUniqueId方法
  Thread.sleep(1000)
}
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重写_incrementAndGet并实现getUid

 compareAndSet使用了源码中的compareAndSwapLong(valueOffset,oldValue,newValue) valueOffset表示的是原子变量uid的值在内存中如果发生了变化，发生变化后新值所在的地址，如果oldValue的值 == valueoffSet的值，那么就将newValue赋值给ValueOffset然后地址发生偏移，此时uid的值就是newValue，返回的是一个true如果oldValue != valueOffset那么返回的就是一个false

object 重写_incrementAndGet extends App {
  private val uid: AtomicLong = new AtomicLong(0L) //定义了一个Long类型的原子变量

  @tailrec def 重写_incrementAndGet: Long = {
    val oldUid = uid.get()
    val newUid = oldUid + 1
    if (uid.compareAndSet(oldUid, newUid)) newUid else 重写_incrementAndGet
  }

  for (i <- 1 to 12) execute(println(s"ThreadName = ${Thread.currentThread().getName}；Uid asynchronously : $重写_incrementAndGet")) // 创建个全局对象线程池
  println(s"Got a unique id : $重写_incrementAndGet") //main线程也执行一次getUniqueId方法
  Thread.sleep(1000)
}
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什么是CompareAndSet(CAS)?

• 原子变量还定义了其他复杂的原子操作，例如getAndSet，decrementAndGet，addAndGet之类的方法。
• 而这些原子操作都实现了基本的原子操作（compareAndSet比较并转换操作），CAS会接收原子变量的当前值和新值，并在当前值等于预期值的情况下以原子方式将当前值替换为新值；

为什么无锁算法能够提高吞吐量？

因为执行无锁操作的线程不会尝试获取任何锁；

• 使用原子变量实现的操作基本都是无锁的，但这并不意味着使用原子变量的程序就一定是无锁的。
• 无锁操作的定义是：当一组线程执行一个操作时，如果不论这些线程以怎样的速度运行，它们之中至少有2个线程总是会在限定的时间内完成该操作，那么该操作就是一个无锁操作。(例如前面的重写_incrementAndGet操作方法，线程池中的线程至少有2个都会完成操作的，因为如果失败了还会调用该操作方法，而不会一直while，进入忙等待)

无锁编程？

• 在程序中使用锁，可能会引发死锁的情况；
• 但我们可以通过使用原子变量来实现无锁操作，如前面的”重写_incrementAndGet”就是一个通过原子变量来实现的getUid的无锁操作；

（本文章虽然采用的代码为scala代码，但java代码与Scala代码可以互相转换，且本质上两者所阐述的东西都是一致的）