java.util.concurrent.atomic
- 定义
- 面试题

----java.util.concurrent       用于并发编程的的公共工具类。
--------java.util.concurrent.atomic       支持单一变量无锁和线程安全的小工具类。
--------java.util.concurrent.locks       为锁定和等待不同的内置同步和监视器提供一个框架的类和接口。
----java.util.function       为微积分表达式和方法引用提供目标类型的功能接口。
----java.util.jar       提供了读写JAR（Java归档）文件格式，它是基于标准的的ZIP文件格式和一个可选清单文件的。
----java.util.logging       为JavaTM2平台核心日志工具提供了类和接口。
----java.util.prefs       此包允许应用程序存储并检索用户和系统首选项和配置数据。
----java.util.regex       用于匹配违反了正则表达式指定模式的字符序列的类。
----java.util.spi       java.util包的服务提供者类。
----java.util.stream       支持在如集合多核处理转换这样的元素流上的功能样式操作的类。
----java.util.zip       提供了读写标准的ZIP和GZIP文件格式的类。

重点看

----java.util.concurrent       用于并发编程的的公共工具类。
--------java.util.concurrent.atomic       支持单一变量无锁和线程安全的小工具类。
--------java.util.concurrent.locks       为锁定和等待不同的内置同步和监视器提供一个框架的类和接口。

java.util.concurrent.atomic

定义

参考地址：https://blog.csdn.net/lmb55/article/details/79547685
java.util.concurrent.atomic中的类可以分成4组：
**

标量类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
更新器类：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
复合变量类：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

一、标量类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
**
AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference这四种基本类型用来处理布尔，整数，长整数，对象四种数据，其内部实现不是简单的使用synchronized，而是一个更为高效的方式CAS (compare and swap) + volatile和native方法，从而避免了synchronized的高开销，执行效率大为提升。其实例各自提供对相应类型单个变量的访问和更新。每个类也为该类型提供适当的实用工具方法。

1、set()和get()方法可以原子的设定和获取atomic的数据，利用 volatile 定义 value 值，保证数据会在主存中设置或读取。

2、void set()和void lazySet()：
效果：set设置为给定值，直接修改原始值；lazySet延时设置变量值，
实现原理：lazySet是通过一个native 方法 setOrderedInt （其他的类型是：setOrderedXXX 方法），这个方法的实现逻辑是，按照正常的变量赋值方式，不开启内存屏障（内存屏障：就是在设置和读取时候，强制内存失效，强制到主存储中读取值或者设置值），所以如果不是想立即读取设置的新值，可以使用此方法，
另外这个方法很少被用到。但是有些场景，比如外面用到锁，而内部用的是volatile 字段修饰的，这样就需要优化volatile 的字段的使用。避免一些不必要的内存屏障的开销。

3、getAndSet()方法
作用：原子的将变量设定为新数据，同时返回先前的旧数据。
实现方式：他依赖 getIntVolatile 和 compareAndSwapInt 来实现的。

compareAndSwapInt()  // native 方法
这2个方法接受2个参数，一个是期望数据(expected)，一个是新数据(new)；
如果atomic里面的数据和期望数据一 致，
则将新数据设定给atomic的数据，
返回true，表明成功；否则就不设定，并返回false。

其中，期望值参数，传入的是当前对象自己的当前值：valueOffset
所以 compareAndSwapInt 判断后就会更新自己的值为预期值。
大体上的实现等于 get 后 set 操作。

4、compareAndSet()和weakCompareAndSet()
相同点：这两个方法都是conditional modifier 条件更新方法。这2个方法接受2个参数，一个是期望数据(expected)，一个是新数据(new)；如果atomic里面的数据和期望数据一致，则将新数据设定给atomic的数据，返回true，表明成功；否则就不设定，并返回false
不同点：
JDK规范中说：以原子方式读取和有条件地写入变量但不创建任何 happen-before 排序，因此不提供与除 weakCompareAndSet 目标外任何变量以前或后续读取或写入操作有关的任何保证。

大意就是说调用weakCompareAndSet时并不能保证不存在happen- before的发生（也就是可能存在指令重排序导致此操作失败）。但是从Java源码来看，其实此方法并没有实现JDK规范的要求，最后效果和 compareAndSet是等效的，都调用了unsafe.compareAndSwapInt()完成操作。

AtomicReference**
将自定义的对象，设置为 atomic可以进行原子性操作。在获取和修改时候进行线性操作。
其中主要的用法：

实现： AtomicReference<V> 一个泛型 V 。
里面定义 volatile V  再进行操作。与 atomicIntenger 等相同。
get     设置
set  获取
getAndSet   现获取到 old 值，然后设置。
compareAndSet  比较如果等于期望值，则更新成目标值

cas 的总结：
https://www.cnblogs.com/Leo_wl/p/6899716.html
CAS缺点
CAS虽然很高效的解决原子操作，但是CAS仍然存在三大问题。ABA问题，循环时间长开销大和只能保证一个共享变量的原子操作

ABA问题。因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。
（我注：因为cas 比对的是值。所以如果这个值正在有别的线程操作。只是操作到从值A到B又到 A ，这个时候我们进行了cas 操作。此时另外的线程又开始将 A 转变为 C ，其实并没有达到互斥线程的作用）

从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
关于ABA问题参考文档: http://blog.hesey .NET/2011/09/resolve-aba-by-atomicstampedreference.html

2. 循环时间长开销大。自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升，pause指令有两个作用，第一它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引起CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提高CPU的执行效率。

3. **只能保证一个共享变量的原子操作。当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁，或者有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如有两个共享变量i＝2,j=a，合并一下ij=2a，然后用CAS来操作ij。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。

2、比较花费CPU资源，即使没有任何争用也会做一些无用功。

3、会增加程序测试的复杂度，稍不注意就会出现问题。

总结

可以用CAS在无锁的情况下实现原子操作，但要明确应用场合，非常简单的操作且又不想引入锁可以考虑使用CAS操作，当想要非阻塞地完成某一操作也可以考虑CAS。不推荐在复杂操作中引入CAS，会使程序可读性变差，且难以测试，同时会出现ABA问题。
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java.util.concurrent.atomic

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面试题