如何在java.util.concurrent.atomic包中定義的類中實現原子性？

Question

to find out how atomicity is achieved by the atomic operations provided by the class. 我正在瀏覽的源代碼，以了解如何通過類提供的原子操作實現原子性。 method source is as follows 例如方法源如下

public final int getAndIncrement() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return current;
    }
}

我無法理解在無限for循環中編寫操作序列的目的。 它在Java Memory Model（JMM）中是否有任何特殊用途。 請幫我找一個描述性的理解。 提前致謝。

Answer 1

我無法理解在無限for循環中編寫操作序列的目的。

此代碼的目的是確保volatile字段得到適當更新， 而不會產生synchronized鎖的開銷。 除非有大量的線程都在競爭更新同一個字段，否則很可能會旋轉很多次來實現這一目標。

volatile關鍵字提供可見性和內存同步保證，但本身並不能確保具有多個操作（測試和設置）的原子操作。 如果您正在測試然后設置volatile字段，那么如果多個線程試圖同時執行相同的操作，則存在競爭條件。 在這種情況下，如果多個線程試圖同時遞增AtomicInteger ，您可能會錯過其中一個增量。 這里的並發代碼使用自旋循環和compareAndSet底層方法，以確保volatile int僅更新為4（例如），如果它仍然等於3。

1. t1獲取atomic-int，它為0。
2. t2獲取原子int，它為0。
3. t1加1
4. t1 原子測試以確保它為0，它是，並存儲1。
5. t2加1
6. t2 原子測試以確保它為0，它不是 ，所以它必須旋轉並再次嘗試。
7. t2得到atomic-int，它是1。
8. t2加1
9. t2 原子測試以確保它是1，它是 ，並存儲2。

它在Java Memory Model（JMM）中是否有任何特殊用途。

不，它服務於類和方法定義的目的，並使用 JMM和volatile周圍的語言定義來實現其目的。 JMM定義了語言對synchronized ， volatile和其他關鍵字的作用，以及多個線程如何與緩存和中央內存交互。 這主要是關於與操作系統和硬件的本機代碼交互，並且很少（如果有的話）關於Java代碼。

它是compareAndSet(...)方法，它通過調用Unsafe類來接近JMM，而Unsafe類主要是帶有一些包裝器的本機方法：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

Answer 2

我無法理解在無限for循環中編寫操作序列的目的。

為了理解為什么它處於無限循環中，我發現理解compareAndSet作用以及它如何返回false是有幫助的。

 Atomically sets the value to the given updated value if the current value == the expected value. Parameters: expect - the expected value update - the new value Returns: true if successful. False return indicates that the actual value was not equal to the expected value 

所以你閱讀了Returns消息並詢問它是如何可能的？

如果兩個線程在接近同一時間調用incrementAndGet ，則它們都進入並看到值current == 1 。 兩個線程都將創建一個線程本地的next == 2並嘗試通過compareAndSet進行設置。 根據文檔只有一個線程會獲勝，失敗的線程必須再次嘗試。

這就是CAS的工作原理。 如果失敗，則嘗試更改值，如果成功則再試一次，然后繼續。

現在簡單地將字段聲明為volatile是行不通的，因為遞增不是原子的 。 所以這樣的事情對我解釋的場景來說並不安全

volatile int count = 0;

public int incrementAndGet(){
   return ++count; //may return the same number more than once.
}

Answer 3

Java的compareAndSet基於CPU比較和交換（CAS）指令，請參閱http://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap 。 它將內存位置的內容與給定值進行比較，並且只有它們相同時，才將該內存位置的內容修改為給定的新值。

在incrementAndGet的情況下，我們讀取當前值並調用compareAndSet(current, current + 1) 。 如果它返回false，則意味着另一個線程干擾並更改了當前值，這意味着我們的嘗試失敗了，我們需要重復整個循環直到成功。