原子变量

ConcurrentHashMap的size方法是弱一致性的，size大小可以认为是数量的一个估计。那为什么不使用原子变量保证强一致性呢？有以下两点原因： 最后，如果程序中需要依靠准确的数量，那可以封装一个currentHashMap，在外部控制数量和进行相关的判断。

原子意味着不可分割，所谓原子操作就是对变量的读写不能被打断的操作。举个简单点儿的例子：1. 假如在一个i386体系架构上；2. 如果有一个进程要将一个int型的变量改成0x12345678；3. 另一个进程也希望把这同一个变量改成0x87654321。4. 如果这个变量的地址没有4字节对齐，那么cpu要改写它的值的话需要两次总线操作。那么（假设下面的场景，即下列事件先后发生）：1. 第一个进程刚把高字节写入（x=0x1234xxxx）内存（xxxx表示不确定）；2. 第二进程就抢占了第一个进程的运行，把第一个进程改了一半的变量改成0x87654321。（当然他也需要两次总线操作，但我们假设他的优先级比第一个进程高）3. 第二个进程结束运行后，第一个进程又得到了调度，它并不知道自己对变量的操作被另一个进程打断过，所以他会继续更改变量的低字节。所以，最后这个变量的值就是0x87655678，显然这是两个进程都不想要得到的结果。通过上面的分析你应该知道问题的关键就在于对存储空间的访问被打断了造成的。所以在内核中定义了一系列的原子操作来保证对变量的操作是“原子”的。这种互斥不是高级语言能实现的，必须用汇编，而且依赖于体系架构。对i386来说就是在读写变量的时候先把总线锁住，你可以仔细看看ATOMIC_INIT这个宏的定义。

可以用原子表示。原子变量是多线程编程中用于实现同步的一种机制，可以保证多个线程对该变量的访问是原子性的，即线程在访问该变量时不会被其他线程打断，从而避免了线程安全问题。因此，使用原子变量可以保证临界资源的互斥访问，从而实现线程安全。

　　 一 何谓Atomic? 　　Atomic一词跟原子有点关系 后者曾被人认为是最小物质的单位 计算机中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思 如果一段代码被认为是Atomic 则表示这段代码在执行过程中 是不能被中断的 通常来说 原子指令由硬件提供 供软件来实现原子方法（某个线程进入该方法后 就不会被中断 直到其执行完成） 　　在x 平台上 CPU提供了在指令执行期间对总线加锁的手段 CPU芯片上有一条引线#HLOCK pin 如果汇编语言的程序中在一条指令前面加上前缀 LOCK 经过汇编以后的机器代码就使CPU在执行这条指令的时候把#HLOCK pin的电位拉低 持续到这条指令结束时放开 从而把总线锁住 这样同一总线上别的CPU就暂时不能通过总线访问内存了 保证了这条指令在多处理器环境中的原子性 　　 二 ncurrent中的原子变量 　　无论是直接的还是间接的 几乎 ncurrent 包中的所有类都使用原子变量 而不使用同步 类似 ConcurrentLinkedQueue 的类也使用原子变量直接实现无等待算法 而类似 ConcurrentHashMap 的类使用 ReentrantLock 在需要时进行锁定 然后 ReentrantLock 使用原子变量来维护等待锁定的线程队列 　　如果没有 JDK 中的 JVM 改进 将无法构造这些类 这些改进暴露了（向类库 而不是用户类）接口来访问硬件级的同步原语 然后 ncurrent 中的原子变量类和其他类向用户类公开这些功能 　　ncurrent atomic的原子类 　　这个包里面提供了一组原子类 其基本的特性就是在多线程环境下 当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时 具有排他性 即当某个线程进入方法 执行其中的指令时 不会被其他线程打断 而别的线程就像自旋锁一样 一直等到该方法执行完成 才由JVM从等待队列中选择一个另一个线程进入 这只是一种逻辑上的理解 实际上是借助硬件的相关指令来实现的 不会阻塞线程（或者说只是在硬件级别上阻塞了） 其中的类可以分成 组 　　AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong AtomicReference 　　AtomicIntegerArray AtomicLongArray 　　AtomicLongFieldUpdater AtomicIntegerFieldUpdater AtomicReferenceFieldUpdater 　　AtomicMarkableReference AtomicStampedReference AtomicReferenceArray 　　其中AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong AtomicReference是类似的 　　首先AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong AtomicReference内部api是类似的 举个AtomicReference的例子 　　使用AtomicReference创建线程安全的堆栈 　　Java代码 　　public class LinkedStack<T> { 　　private AtomicReference<Node<T》 stacks = new AtomicReference<Node<T》（） 　　public T push（T e） { 　　Node<T> oldNode newNode; 　　while （true） { //这里的处理非常的特别 也是必须如此的 　　oldNode = stacks get（） 　　newNode = new Node<T>（e oldNode） 　　if （pareAndSet（oldNode newNode）） { 　　return e; 　　} 　　} 　　} 　　public T pop（） { 　　Node<T> oldNode newNode; 　　while （true） { 　　oldNode = stacks get（） 　　newNode = oldNode next; 　　if （pareAndSet（oldNode newNode）） { 　　return oldNode object; 　　} 　　} 　　} 　　private static final class Node<T> { 　　private T object; 　　private Node<T> next; 　　private Node（T object Node<T> next） { 　　this object = object; 　　this next = next; 　　} 　　} 　　} 　　然后关注字段的原子更新 　　AtomicIntegerFieldUpdater<T>/AtomicLongFieldUpdater<T>/AtomicReferenceFieldUpdater<T V>是基于反射的原子更新字段的值 　　相应的API也是非常简 　　单的 但是也是有一些约束的 　　（ ）字段必须是volatile类型的！volatile到底是个什么东西 请查看 　　（ ）字段的描述类型（修饰符public/protected/default/private）是与调用者与操作对象字段的关系一致 也就是说调用者能够直接操作对象字段 那么就可以反射进行原子操作 但是对于父类的字段 子类是不能直接操作的 尽管子类可以访问父类的字段 　　（ ）只能是实例变量 不能是类变量 也就是说不能加static关键字 　　（ ）只能是可修改变量 不能使final变量 因为final的语义就是不可修改 实际上final的语义和volatile是有冲突的 这两个关键字不能同时存在 　　（ ）对于AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicLongFieldUpdater只能修改int/long类型的字段 不能修改其包装类型（Integer/Long） 如果要修改包装类型就需要使用AtomicReferenceFieldUpdater 　　在下面的例子中描述了操作的方法 　　[java] 　　import ncurrent atomic AtomicIntegerFieldUpdater; 　　public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo { 　　class DemoData{ 　　public volatile int value = ; 　　volatile int value = ; 　　protected volatile int value = ; 　　private volatile int value = ; 　　} 　　AtomicIntegerFieldUpdater<DemoData> getUpdater（String fieldName） { 　　return AtomicIntegerFieldUpdater newUpdater（DemoData class fieldName） 　　} 　　void doit（） { 　　DemoData data = new DemoData（） 　　System out println（ ==> +getUpdater（ value ） getAndSet（data ）） 　　System out println（ ==> +getUpdater（ value ） incrementAndGet（data）） 　　System out println（ ==> +getUpdater（ value ） decrementAndGet（data）） 　　System out println（ true ==> +getUpdater（ value ） pareAndSet（data ）） 　　} 　　public static void main（String[] args） { 　　AtomicIntegerFieldUpdaterDemo demo = new AtomicIntegerFieldUpdaterDemo（） 　　demo doit（） 　　} 　　} 　　在上面的例子中DemoData的字段value /value 对于AtomicIntegerFieldUpdaterDemo类是不可见的 因此通过反射是不能直接修改其值的 　　AtomicMarkableReference类描述的一个<Object Boolean>的对 可以原子的修改Object或者Boolean的值 这种数据结构在一些缓存或者状态描述中比较有用 这种结构在单个或者同时修改Object/Boolean的时候能够有效的提高吞吐量 　　AtomicStampedReference类维护带有整数 标志 的对象引用 可以用原子方式对其进行更新 对比AtomicMarkableReference类的<Object Boolean> AtomicStampedReference维护的是一种类似<Object int>的数据结构 其实就是对对象（引用）的一个并发计数 但是与AtomicInteger不同的是 此数据结构可以携带一个对象引用（Object） 并且能够对此对象和计数同时进行原子操作 　　在本文结尾会提到 ABA问题 而AtomicMarkableReference/AtomicStampedReference在解决 ABA问题 上很有用 　　 三 Atomic类的作用 　　使得让对单一数据的操作 实现了原子化 　　使用Atomic类构建复杂的 无需阻塞的代码 　　访问对 个或 个以上的atomic变量（或者对单个atomic变量进行 次或 次以上的操作）通常认为是需要同步的 以达到让这些操作能被作为一个原子单元 　　 无锁定且无等待算法 　　基于 CAS （pare and swap）的并发算法称为 无锁定算法 因为线程不必再等待锁定（有时称为互斥或关键部分 这取决于线程平台的术语） 无论 CAS 操作成功还是失败 在任何一种情况中 它都在可预知的时间内完成 如果 CAS 失败 调用者可以重试 CAS 操作或采取其他适合的操作 　　如果每个线程在其他线程任意延迟（或甚至失败）时都将持续进行操作 就可以说该算法是 无等待的 与此形成对比的是 无锁定算法要求仅 某个线程总是执行操作 （无等待的另一种定义是保证每个线程在其有限的步骤中正确计算自己的操作 而不管其他线程的操作 计时 交叉或速度 这一限制可以是系统中线程数的函数 例如 如果有 个线程 每个线程都执行一次CasCounter increment（） 操作 最坏的情况下 每个线程将必须重试最多九次 才能完成增加 ） 　　再过去的 年里 人们已经对无等待且无锁定算法（也称为 无阻塞算法）进行了大量研究 许多人通用数据结构已经发现了无阻塞算法 无阻塞算法被广泛用于操作系统和 JVM 级别 进行诸如线程和进程调度等任务 虽然它们的实现比较复杂 但相对于基于锁定的备选算法 它们有许多优点 可以避免优先级倒置和死锁等危险 竞争比较便宜 协调发生在更细的粒度级别 允许更高程度的并行机制等等 　　 常见的 　　非阻塞的计数器Counter 　　非阻塞堆栈ConcurrentStack lishixinzhi/Article/program/Java/gj/201311/27474