Java并發(fā)編程之原子變量與非阻塞同步機制

更新時間：2015年04月14日 09:12:39 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了Java并發(fā)編程之原子變量與非阻塞同步機制,本文講解了非阻塞算法、悲觀技術(shù)、樂觀技術(shù)、CAS操作、原子變量、性能比較：鎖與原子變量等內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

1.非阻塞算法

非阻塞算法屬于并發(fā)算法，它們可以安全地派生它們的線程，不通過鎖定派生，而是通過低級的原子性的硬件原生形式 —— 例如比較和交換。非阻塞算法的設(shè)計與實現(xiàn)極為困難，但是它們能夠提供更好的吞吐率，對生存問題（例如死鎖和優(yōu)先級反轉(zhuǎn)）也能提供更好的防御。使用底層的原子化機器指令取代鎖,比如比較并交換(CAS,compare-and-swap).

2.悲觀技術(shù)

獨占鎖是一種悲觀的技術(shù).它假設(shè)最壞的情況發(fā)生(如果不加鎖,其它線程會破壞對象狀態(tài)),即使沒有發(fā)生最壞的情況,仍然用鎖保護對象狀態(tài).

3.樂觀技術(shù)

依賴沖突監(jiān)測.先更新,如果監(jiān)測發(fā)生沖突發(fā)生,則放棄更新后重試,否則更新成功.現(xiàn)在處理器都有原子化的讀-改-寫指令,比如比較并交換(CAS,compare-and-swap).

4.CAS操作

CAS有3個操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值A(chǔ)，要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做。CAS典型使用模式是：首先從V中讀取A，并根據(jù)A計算新值B，然后再通過CAS以原子方式將V中的值由A變成B（只要在這期間沒有任何線程將V的值修改為其他值）。

清單 3. 說明比較并交換的行為（而不是性能）的代碼

復(fù)制代碼代碼如下:

public class SimulatedCAS {
private int value;

public synchronized int getValue() { return value; }

    public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {
         int oldValue = value;
         if (value == expectedValue)
             value = newValue;
         return oldValue;
     }
}

清單 4. 使用比較并交換實現(xiàn)計數(shù)器

復(fù)制代碼代碼如下:

public class CasCounter {

    private SimulatedCAS value;

    public int getValue() {

        return value.getValue();

    }

    public int increment() {

        int oldValue = value.getValue();

        while (value.compareAndSwap(oldValue, oldValue + 1) != oldValue)

            oldValue = value.getValue();

        return oldValue + 1;

    }

}

5.原子變量

原子變量支持不用鎖保護就能原子性更新操作，其底層用CAS實現(xiàn)。共有12個原子變量，可分為4組：標(biāo)量類、更新器類、數(shù)組類以及復(fù)合變量類。最常用的原子變量就是標(biāo)量類：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean以及AtomicReference。所有類型都支持CAS。

6.性能比較：鎖與原子變量

在中低程度的競爭下，原子變量能提供很高的可伸縮性，原子變量性能超過鎖；而在高強度的競爭下，鎖能夠更有效地避免競爭，鎖的性能將超過原子變量的性能。但在更真實的實際情況中，原子變量的性能將超過鎖的性能。

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