原子操做的实现

1、处理器的原子性 

     处理器使用基于对缓存加锁或者总线加锁的方式来实现多处理器之间的原子操做。首先处理器会自动保证基本的内存操做的原子性。处理器保证从系统内存中读取或者写入一个字节是原子的。

       复杂的内存操做处理器是不能自动保证其原子性的，好比跨总线宽度、跨多个缓存行和跨页表的访问。处理器提供总线锁定和缓存锁定两个机制来保证。

1.使用总线锁保证原子性

       第一个机制是经过总线锁保证原子性。若是多个处理器同时对共享变量进行读改写操做（i++就是经典的读改写操做），那么共享变量就会被多个处理器同时进行操做，这样读改写操做就不是原子操做的，操做完成以后共享变量的值会和指望的不一致。

       处理器使用总线程锁就是解决这个问题的。所谓总线程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，其余处理器的请求将被阻塞住，那么该处理器能够独占共享内存。

       第二个机制是经过缓存锁定来保证原子性。在同一时刻，咱们只需保证对某个内存地址的操做是原子性便可，单总线锁定 把CPU和内存之间的通讯锁住了，这使得锁按期间，其余处理器不能操做其余内存地址的数据。因此总线锁定的开销比较大，目前处理器在某些场合使用缓存锁定替代总线锁定来进行优化。

       所谓的缓存锁定是指内存区域若是被缓存在处理器的缓存中，而且在Lcok操做期间被锁定，那么当他执行锁操做回写到内存时，处理器不在总线声言LOCK#信号，而是修改内部的内存地址。并容许它的缓存一致性机制来保证操做的原子性。由于缓存一致性机制会阻止同时修改由两个以上处理器缓存的内存区域数据，当其余处理器回写已经被锁定的缓存行的数据时，会使缓存无效。 

可是两种状况下处理器不能使用缓存锁定：

1.第一种状况下：当操做的数据不能被缓存在处理器内部，或者操做的数据跨多个缓存行时，处理器会调用总线锁定。

2.有些处理器不支持缓存锁定

 

2、java如何实现原子操做

在java中能够经过锁和循环CAS的方式来实现原子操做。unsafe类 native的本地方法

从jdk1.5开始，jdk的并发包里提供了一些类来支持原子操做。如AtomicBoolean(用原子方式更新的boolean值)。这些原子保证类还提供了有用的工具方法，好比原子的方式实现自增1或者自减1.

CAS实现原子操做的三大问题：

1.ABA JDK1.5开始，JDK的atomic包提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。实际是有个版本号的，每次变动更新的时候把版本号加1.

2.自旋时间长开销大

3.只能保证一个共享变量的原子操做。 JDK1.5开始，AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，就能够把多个变量放在一个对象里面进行CAS。