03并发-atomic&collections - 《并发编程》

一、Atomic 体系
二、Collections

一、Atomic 体系

1、简单归纳

2、AtomicInteger

java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger，AtomicInteger 是对 int 类型的一个封装，提供原子性的访问和更新操作，它的使用场景是并发统计和订单号生成，但是分布式下订单号生成却不能避免重复。
常见的 api 有：
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#incrementAndGet 原子自增 1；
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#decrementAndGet 原子自减 1；
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#addAndGet 原子在当前值加上给定的值；
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#get 返回当前最新的值。

3、CAS

sun.misc.Unsafe#compareAndSwapInt，
CAS 有 3 个操作数，内存值 V，旧的预期值 A，要修改的新值 B。当且仅当预期值 A 和内存值 V 相同时，将内存值 V 修改为 B，否则什么都不做。
CAS 算法： CAS 的全称是 Compare And Swap 即比较交换，其算法核心思想如下函数：CAS(V,E,N) 参数：V 表示要更新的变量 E 预期值 N 新值如果 V 值等于 E 值，则将 V 的值设为 N。若 V 值和 E 值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。通俗的理解就是 CAS 操作需要我们提供一个期望值，当期望值与当前线程的变量值相同时，说明还没线程修改该值，当前线程可以进行修改，也就是执行 CAS 操作，但如果期望值与当前线程不符，则说明该值已被其他线程修改，此时不执行更新操作，但可以选择重新读取该变量再尝试再次修改该变量，也可以放弃操作。

Java 的 CAS 操作通过 Unsafe 类来完成，该类里面基本都是 native，即通过 JNI 调用 c/c++等代码。底层核心：cmpxchg。cmpxchg 是汇编指令，它的作用是比较并交换操作数。如：CMPXCHG r/m,r 将累加器 AL/AX/EAX/RAX 中的值与首操作数(目的操作数)比较，如果相等，第 2 操作数(源操作数)的值装载到首操作数，置为 1。如果不等，首操作数的值装载到 AL/AX/EAX/RAX 并将置为清 0 该指令只能用于 486 及其后继机型。第 2 操作数(源操作数)只能用 8 位、16 位或 32 位寄存器。第 1 操作数(目地操作数)则可用寄存器或任一种存储器寻址方式。

CAS 原理解析：
利用 CPU 的 CAS 指令，同时借助 JNI 来完成 Java 的非阻塞算法，其它原子操作都是利用类似的特性完成的。在 java.util.concurrent 下面的源码中，Atomic, ReentrantLock 都使用了 Unsafe 类中的方法来保证并发的安全性。 CAS 操作是原子性的，所以多线程并发使用 CAS 更新数据时，可以不使用锁，JDK 中大量使用了 CAS 来更新数据而防止加锁来保持原子更新。
CAS 操作包含三个操作数：内存偏移量位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则处理器不做任何操作。

CAS的 ABA问题：
在进行 CAS操作的时候，因为在更改 V 之前，CAS主要询问“V的值是否仍然为A”，所以在第一次读取 V之后以及对 V执行 CAS操作之前，如果将值从 A改为B，然后再改回 A，会使基于 CAS 的算法混乱。在这种情况下，CAS 操作会成功。这类问题称为 ABA问题。