Atomic原子类-1

简介: Atomic原子类-1

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什么是原子类

  • 不可分割的
  • 一个操作是不可中断的,即使多线程的情况下业可以保证
  • java.util.concurrent.atomic
  • 原子的作用和锁类似,是为了保证线程并发情况下线程安全,不过原子类相比于锁,有一定的优势
  • 优势:粒度更细,原子变量可以吧竞争范围缩小到便俩个级别,这就是我们可以获取哦最细粒度的,通常锁的粒度大于锁的粒度
  • 优势:效率更高

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原子类

java.util.concurrent.atomic包:原子类的小工具包,支持在单个变量上解除锁的线程安全编程
原子变量类相当于一种泛化的 volatile 变量,能够支持原子的和有条件的读-改-写操作。AtomicInteger 表示一个int类型的值,并提供了 get 和 set 方法,这些 Volatile 类型的int变量在读取和写入上有着相同的内存语义。它还提供了一个原子的 compareAndSet 方法(如果该方法成功执行,那么将实现与读取/写入一个 volatile 变量相同的内存效果),以及原子的添加、递增和递减等方法。AtomicInteger 表面上非常像一个扩展的 Counter 类,但在发生竞争的情况下能提供更高的可伸缩性,因为它直接利用了硬件对并发的支持。

package com.dimple.test;

public class Test5 {


    public static void main(String[] args) {

        TestDemo thread = new TestDemo();
        Thread t1 = new Thread(thread,"窗口一");
        Thread t2 = new Thread(thread,"窗口二");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class TestDemo implements Runnable{
    //共享的火车票变量
    private  int count = 100;

    //重寫run方法
    @Override
    public void run() {
        while (count > 0){
            try {
                //休眠一下 方便出现并发问题
                Thread.sleep(50);
            }catch (Exception e){
                e.getMessage();
            }
            sale();
        }
    }
    //卖票
    public void sale(){
        if(count > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"出售 :" +(100 -  count + 1));
            count--;
        }
    }

}

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**会发现出现重复卖票的情况, 解决这个线程安全问题
内置锁(Synchronized)保证线程原子性,当先车管进入方法自动的获取锁,当某一个线程获取到锁后,其他线程就会等待,但是 建议没必要 大材小用,大家可以看一下java提供的
AtomicInteger类,是一个专门提供可以保证原子性的类。可以保证多线程
CAS:Compare andSwap,即比较再交换**。

package com.dimple.test;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Test5 {


    public static void main(String[] args) {

        TestDemo thread = new TestDemo();
        Thread t1 = new Thread(thread,"窗口一");
        Thread t2 = new Thread(thread,"窗口二");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class TestDemo implements Runnable{
    //共享的火车票变量
    private static AtomicInteger atomic = new AtomicInteger(100);

    //重寫run方法
    @Override
    public void run() {
        while (atomic.get() > 0){
            try {
                //休眠一下 方便出现并发问题
                Thread.sleep(50);
            }catch (Exception e){
                e.getMessage();
            }

            sale();
        }
    }
    //卖票
    public void sale(){

        if(atomic.get() > 0){
          Integer count=  100 - atomic.getAndDecrement() + 1; //使用底层方法getAndDecrement()  自-1;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "," + count);//获取当前值
        }


    }

}

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完美的解决问题,不会消耗太大的性能

jdk5增加了并发包java.util.concurrent.*,
其下面的类使用CAS算法实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁。JDK 5之前Java语言是靠synchronized关键字保证同步的,这是一种独占锁,也是是悲观锁。

如果同一个变量要被多个线程访问,则可以使用该包中的类 AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong AtomicReference CAS无锁模式

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什么是CAS

CAS:Compare and Swap,即 比较再交换
jdk5增加了并发包java.util.concurrent.*,其下面的类使用CAS算法实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁。JDK 5之前Java语言是靠synchronized关键字保证同步的,这是一种独占锁,也是是悲观锁。

CAS算法理解

(1)与锁相比,使用比较交换(下文简称CAS)会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性,它对死锁问题天生免疫,并且,线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是,使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销,也没有线程间频繁调度带来的开销,因此,它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

(2)无锁的好处:

第一,在高并发的情况下,它比有锁的程序拥有更好的性能; 第二,它天生就是死锁免疫的。

就凭借这两个优势,就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。

(3)CAS算法的过程是这样:它包含三个参数CAS(V,E,N):
V表示要更新的变量,E表示预期值,N表示新值。仅当V值等于E值时,才会将V的值设为N,如果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。最后,CAS返回当前V的真实值。

(4)CAS操作是抱着乐观的态度进行的,它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时,只有一个会胜出,并成功更新,其余均会失败。失败的线程不会被挂起,仅是被告知失败,并且允许再次尝试,当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理,CAS操作即使没有锁,也可以发现其他线程对当前线程的干扰,并进行恰当的处理。

(5)简单地说,CAS需要你额外给出一个期望值,也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样,那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取,再次尝试修改就好了。

(6)在硬件层面,大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK
5.0以后,虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构,并且,这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

常用原子类

Java中的原子操作类大致可以分为4类:原子更新基本类型、原子更新数组类型、原子更新引用类型、原子更新属性类型。这些原子类中都是用了无锁的概念,有的地方直接使用CAS操作的线程安全的类型。
AtomicBoolean
AtomicInteger
AtomicLong
AtomicReference中数据的安全性。

CAS缺点

CAS存在一个很明显的问题,即ABA问题。

问题:如果变量V初次读取的时候是A,并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A,那能说明它的值没有被其他线程修改过了吗?

如果在这段期间曾经被改成B,然后又改回A,那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。针对这种情况,java并发包中提供了一个带有标记的原子引用类AtomicStampedReference,它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。

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原子变量是 C++11 引入的一种同步机制,用于多线程环境中的无锁、线程安全操作。其操作不可分割,避免了数据竞争和不一致问题。原子变量位于 `<atomic>` 头文件中,支持多种类型如 `std::atomic<T>` 和特化类型。基本用法包括定义原子变量、加载、存储、交换及比较交换操作。内存顺序(如 `std::memory_order_seq_cst`)用于控制内存访问顺序和可见性,适用于不同场景。原子变量常用于线程安全的计数器和标志位等。
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Atomic英译为原子的。原子结构通常称为不可分割的最小单位。而在JUC中,java.util.concurrent.atomic 包是 Java 并发库中的一个包,提供了原子操作的支持。它包含了一些原子类,用于在多线程环境下进行线程安全的原子操作。使用原子类可以避免使用锁和同步机制,从而减少了线程竞争和死锁的风险,并提高了多线程程序的性能和可伸缩性。
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