从相对简单的atomic入手(java.util.concurrent是基于queue的并发包,而queue,很多情况下使用到了atomic操作,因此首先从这里开始)。很多情况下我们只是需要一个简单的、高效的、线程安全的递增递减方案。注意,这里有三个条件:简单,意味着程序员尽可能少的操作底层或者实现起来要比较容易;高效意味着耗用资源要少,程序处理速度要快;线程安全也非常重要,这个在多线程下能保证数据的正确性。这三个条件看起来比较简单,但是实现起来却难以令人满意。
通常情况下,在java里面, i或者--i不是线程安全的,这里面有三个独立的操作:或者变量当前值,为该值 1/-1,然后写回新的值。在没有额外资源可以利用的情况下,只能使用加锁才能保证读-改-写这三个操作时“原子性”的。
doug lea在未将合并到里面来之前,是采用纯java实现的,于是不可避免的采用了synchronized关键字。
public final synchronized void set(int newvalue);
public final synchronized int getandset(int newvalue);
public final synchronized int incrementandget();
同时在变量上使用了volatile (后面会具体来讲volatile到底是个什么东东)来保证get()的时候不用加锁。尽管synchronized的代价还是很高的,但是在没有jni的手段下纯java语言还是不能实现此操作的。
jsr 166提上日程后,backport-util-concurrent就合并到jdk 5.0里面了,在这里面重复使用了现代cpu的特性来降低锁的消耗。后本章的最后小结中会谈到这些原理和特性。在此之前先看看api的使用。
一切从java.util.concurrent.atomic.atomicinteger开始。
int addandget(int delta)
以原子方式将给定值与当前值相加。 实际上就是等于线程安全版本的i =i delta操作。
boolean compareandset(int expect, int update)
如果当前值 == 预期值,则以原子方式将该值设置为给定的更新值。 如果成功就返回true,否则返回false,并且不修改原值。
int decrementandget()
以原子方式将当前值减 1。 相当于线程安全版本的--i操作。
int get()
获取当前值。
int getandadd(int delta)
以原子方式将给定值与当前值相加。 相当于线程安全版本的t=i;i =delta;return t;操作。
int getanddecrement()
以原子方式将当前值减 1。 相当于线程安全版本的i--操作。
int getandincrement()
以原子方式将当前值加 1。 相当于线程安全版本的i 操作。
int getandset(int newvalue)
以原子方式设置为给定值,并返回旧值。 相当于线程安全版本的t=i;i=newvalue;return t;操作。
int incrementandget()
以原子方式将当前值加 1。 相当于线程安全版本的 i操作。
void lazyset(int newvalue)
最后设置为给定值。 延时设置变量值,这个等价于set()方法,但是由于字段是volatile类型的,因此次字段的修改会比普通字段(非volatile字段)有稍微的性能延时(尽管可以忽略),所以如果不是想立即读取设置的新值,允许在“后台”修改值,那么此方法就很有用。如果还是难以理解,这里就类似于启动一个后台线程如执行修改新值的任务,原线程就不等待修改结果立即返回(这种解释其实是不正确的,但是可以这么理解)。
void set(int newvalue)
设置为给定值。 直接修改原始值,也就是i=newvalue操作。
boolean weakcompareandset(int expect, int update)
如果当前值 == 预期值,则以原子方式将该设置为给定的更新值。jsr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jsr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。
下面的代码是一个测试样例,为了省事就写在一个方法里面来了。
package xylz.study.concurrency.atomic;
import java.util.concurrent.atomic.atomicinteger;
import org.junit.test;
import static org.junit.assert.*;
public class atomicintegertest {
@test
public void testall() throws interruptedexception{
final atomicinteger value = new atomicinteger(10);
assertequals(value.compareandset(1, 2), false);
assertequals(value.get(), 10);
asserttrue(value.compareandset(10, 3));
assertequals(value.get(), 3);
value.set(0);
//
assertequals(value.incrementandget(), 1);
assertequals(value.getandadd(2),1);
assertequals(value.getandset(5),3);
assertequals(value.get(),5);
//
final int threadsize = 10;
thread[] ts = new thread[threadsize];
for (int i = 0; i < threadsize; i) {
ts[i] = new thread() {
public void run() {
value.incrementandget();
}
};
}
//
for(thread t:ts) {
t.start();
}
for(thread t:ts) {
t.join();
}
//
assertequals(value.get(), 5threadsize);
}
}
由于这里例子比较简单,这里就不做过多介绍了。
atomicinteger和atomiclong、atomicboolean、atomicreference差不多,这里就不介绍了。在下一篇中就介绍下数组、字段等其他方面的原子操作。
参考资料:
(1)
(2)
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