Java多线程系列——原子类的实现（CAS算法）

　　Java提供的原子类是靠 sun 基于 CAS 实现的，CAS 是一种乐观锁。关于乐观锁与悲观锁。

　　原子变量类至关于一种泛化的 volatile 变量，可以支持原子的和有条件的读-改-写操做。AtomicInteger 表示一个int类型的值，并提供了 get 和 set 方法，这些 Volatile 类型的int变量在读取和写入上有着相同的内存语义。它还提供了一个原子的 compareAndSet 方法（若是该方法成功执行，那么将实现与读取/写入一个 volatile 变量相同的内存效果），以及原子的添加、递增和递减等方法。AtomicInteger 表面上很是像一个扩展的 Counter 类，但在发生竞争的状况下能提供更高的可伸缩性，由于它直接利用了硬件对并发的支持。

AtomicInteger的实现

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　　AtomicInteger 是一个支持原子操做的 Integer 类，就是保证对 AtomicInteger 类型变量的增长和减小操做是原子性的，不会出现多个线程下的数据不一致问题。若是不使用 AtomicInteger，要实现一个按顺序获取的 ID，就必须在每次获取时进行加锁操做，以免出现并发时获取到一样的 ID 的现象。

　　接下来经过源代码来看 AtomicInteger 具体是如何实现的原子操做。

　　首先看 value 的声明：

private volatile int value;

　　volatile 修饰的 value 变量，保证了变量的可见性。

　　incrementAndGet() 方法，下面是具体的代码：

public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
 }

　　经过源码，能够知道，这个方法的作法为先获取到当前的 value 属性值，而后将 value 加 1，赋值给一个局部的 next 变量，然而，这两步都是非线程安全的，可是内部有一个死循环，不断去作 compareAndSet 操做，直到成功为止，也就是修改的根本在 compareAndSet 方法里面，compareAndSet()方法的代码以下：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

　　compareAndSet()方法调用的compareAndSwapInt()方法的声明以下，是一个native方法。 

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, intvar5);

　　compareAndSet 传入的为执行方法时获取到的 value 属性值，next 为加 1 后的值， compareAndSet 所作的为调用 Sun 的 UnSafe 的 compareAndSwapInt 方法来完成，此方法为 native 方法，compareAndSwapInt 基于的是 CPU 的 CAS 指令来实现的。因此基于 CAS 的操做可认为是无阻塞的，一个线程的失败或挂起不会引发其它线程也失败或挂起。而且因为 CAS 操做是 CPU 原语，因此性能比较好。

　　相似的，还有 decrementAndGet() 方法。它和 incrementAndGet() 的区别是将 value 减 1，赋值给next 变量。

      AtomicInteger 中还有 getAndIncrement() 和 getAndDecrement() 方法，他们的实现原理和上面的两个方法彻底相同，区别是返回值不一样，前两个方法返回的是改变以后的值，即 next。而这两个方法返回的是改变以前的值，即 current。还有不少的其余方法，就不列举了。

CAS算法

CAS（Compare-And-Swap）算法保证数据操做的原子性。

CAS 算法是硬件对于并发操做共享数据的支持。

CAS 包含了三个操做数：
　　内存值 V
　　预估值 A
　　更新值 B

当且仅当 V == A 时，V 将被赋值为 B，不然循环着不断进行判断 V 与 A 是否相等。