java多线程系列 JUC原子类 CAS及原子类

根据数据类型，可以将JUC包中的原子操作类可以分为4类。

1. 基本类型: AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean ;
2. 数组类型: AtomicIntegerArray, AtomicLongArray, AtomicReferenceArray ;
3. 引用类型: AtomicReference, AtomicStampedRerence, AtomicMarkableReference ;
4. 对象的属性修改类型: AtomicIntegerFieldUpdater, AtomicLongFieldUpdater, AtomicReferenceFieldUpdater 。

这些类存在的目的是对相应的数据进行原子操作。所谓原子操作，是指操作过程不会被中断，保证数据操作是以原子方式进行的其底层都是使用CAS（Compare And Set）实现。

CAS: CAS的机制就相当于“非阻塞算法”，CAS是由CPU硬件实现，所以执行相当快.CAS有三个操作参数：内存地址，期望值，要修改的新值，当期望值和内存当中的值进行比较不相等的时候，表示内存中的值已经被别线程改动过，这时候失败返回，当相等的时候，将内存中的值改为新的值，这一系列的操作是原子的。

CAS是所有原子变量的原子性的基础，其原因就在于这个native操作会最终演化为一条CPU指令cmpxchg，而不是多条CPU指令。由于CAS仅仅是一条指令，因此它不会被多线程的调度所打断，所以能够保证CAS操作是一个原子操作。补充一点，当代的很多CPU种类都支持cmpxchg操作，但不是所有CPU都支持，对于不支持的CPU，会自动加锁来保证其操作不会被打断。

这是一种不加锁而实现操作原子化的一种巧妙的编程方式，不仅在Java的jvm种，甚至在操作系统的底层并发实现机制中也有CAS的大量应用。

但是这种方式有没有缺点呢？

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

1. 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。

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。

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(即使没有任何争用也会做一些无用功)。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(会增加程序测试的复杂度，稍不注意就会出现问题)。

参考：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3514589.html

巴特西

java多线程系列 JUC原子类 CAS及原子类

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