第十一章 AtomicInteger源码解析

1、原子类

• 可以实现一些原子操作
• 基于CAS

下面就以AtomicInteger为例。

2、AtomicInteger

在没有AtomicInteger之前，对于一个Integer的线程安全操作，是需要使用同步锁来实现的，当然现在也可以通过ReentrantLock来实现，但是最好最方便的实现方式是采用AtomicInteger。

具体示例：

package com.collection.test;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * 原子类的测试
 */
public class AtomicTest {
    private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    
    //获取当前值
    public static void getCurrentValue(){
        System.out.println(atomicInteger.get());//-->0
    }
    
    //设置value值
    public static void setValue(){
        atomicInteger.set(12);//直接用12覆盖旧值
        System.out.println(atomicInteger.get());//-->12
    }
    
    //根据方法名称getAndSet就知道先get，则最后返回的就是旧值，如果get在后，就是返回新值
    public static void getAndSet(){
        System.out.println(atomicInteger.getAndSet(15));//-->12
    }
    
    public static void getAndIncrement(){
        System.out.println(atomicInteger.getAndIncrement());//-->15
    }
    
    public static void getAndDecrement(){
        System.out.println(atomicInteger.getAndDecrement());//-->16
    }
    
    public static void getAndAdd(){
        System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(10));//-->15
    }
    
    public static void incrementAndGet(){
        System.out.println(atomicInteger.incrementAndGet());//-->26
    }
    
    public static void decrementAndGet(){
        System.out.println(atomicInteger.decrementAndGet());//-->25
    }
    
    public static void addAndGet(){
        System.out.println(atomicInteger.addAndGet(20));//-->45
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        AtomicTest test = new AtomicTest();
        test.getCurrentValue();
        test.setValue();
        //返回旧值系列
        test.getAndSet();
        test.getAndIncrement();
        test.getAndDecrement();
        test.getAndAdd();
        //返回新值系列
        test.incrementAndGet();
        test.decrementAndGet();
        test.addAndGet();
        
    }
}

源代码：

    private volatile int value;// 初始化值

    /**
     * 创建一个AtomicInteger，初始值value为initialValue
     */
    public AtomicInteger(int initialValue) {
        value = initialValue;
    }

    /**
     * 创建一个AtomicInteger，初始值value为0
     */
    public AtomicInteger() {
    }

    /**
     * 返回value
     */
    public final int get() {
        return value;
    }

    /**
     * 为value设值（基于value），而其他操作是基于旧值<--get()
     */
    public final void set(int newValue) {
        value = newValue;
    }

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }
    
    /**
     * 基于CAS为旧值设定新值，采用无限循环，直到设置成功为止
     * 
     * @return 返回旧值
     */
    public final int getAndSet(int newValue) {
        for (;;) {
            int current = get();// 获取当前值（旧值）
            if (compareAndSet(current, newValue))// CAS新值替代旧值
                return current;// 返回旧值
        }
    }

    /**
     * 当前值+1，采用无限循环，直到+1成功为止
     * @return the previous value 返回旧值
     */
    public final int getAndIncrement() {
        for (;;) {
            int current = get();//获取当前值
            int next = current + 1;//当前值+1
            if (compareAndSet(current, next))//基于CAS赋值
                return current;
        }
    }

    /**
     * 当前值-1，采用无限循环，直到-1成功为止 
     * @return the previous value 返回旧值
     */
    public final int getAndDecrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current - 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

    /**
     * 当前值+delta，采用无限循环，直到+delta成功为止 
     * @return the previous value  返回旧值
     */
    public final int getAndAdd(int delta) {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + delta;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

    /**
     * 当前值+1， 采用无限循环，直到+1成功为止
     * @return the updated value 返回新值
     */
    public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;//返回新值
        }
    }

    /**
     * 当前值-1， 采用无限循环，直到-1成功为止 
     * @return the updated value 返回新值
     */
    public final int decrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current - 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;//返回新值
        }
    }

    /**
     * 当前值+delta，采用无限循环，直到+delta成功为止  
     * @return the updated value 返回新值
     */
    public final int addAndGet(int delta) {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + delta;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;//返回新值
        }
    }

    /**
     * 获取当前值
     */
    public int intValue() {
        return get();
    }

说明：使用与源代码都简单到爆了！自己看看注释。

注意：

• value是volatile的，关于volatile的相关内容见《附2 volatile》，具体链接：http://www.cnblogs.com/java-zhao/p/5125698.html
• 单步操作：例如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。
• 多步操作：例如getAndSet(int newValue)是两步操作-->先获取值，在设置值，所以需要原子化，这里采用CAS实现。
• 对于方法是返回旧值还是新值，直接看方法是以get开头（返回旧值）还是get结尾（返回新值）就好
• CAS：比较CPU内存上的值是不是当前值current，如果是就换成新值update，如果不是，说明获取值之后到设置值之前，该值已经被别人先一步设置过了，此时如果自己再设置值的话，需要在别人修改后的值的基础上去操作，否则就会覆盖别人的修改，所以这个时候会直接返回false，再进行无限循环，重新获取当前值，然后再基于CAS进行加减操作。
• 如果还是不懂CAS，类比数据库的乐观锁。

补充一个东西：

    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    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;

这是AtomicInteger的所有属性，其中value存的是当前值，而当前值存放的内存地址可以通过valueOffset来确定。实际上是“value字段相对Java对象的起始地址的偏移量”

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

CAS方法：通过对比“valueOffset上的value”与expect是否相同，来决定是否修改value值为update值。

ABA 问题：执行流程如下

int i=100；

Thread1: 100->101->100

Thread2:                 100-> 200

Thread2没有发现Thread1的中间i发生了变化的过程。

ABA问题怎么解决？

第一种姿势：不处理，对于只关注最后的结果，不关注中间变化过程，ABA 无所谓，例如 AtomicInteger.compareAndset(...)

第二种姿势：使用版本号控制，eg. AtomicStampedReference 提供一个版本号，过程如下

Thread1: 100 1->101 2->100 3（前边为数据，空格后是版本号）

Thread2:                      100 1-> 200（此时报错，版本号不一致）

那版本号是否也会出现ABA问题，只要后续的版本号不会出现之前的版本号就行（eg. 递增）