读书笔记之《Java并发编程的艺术-第二章》之原子操作
2026-10-24 15:04:28
原子操作是指在多线程环境下不可被中断的一个或一系列操作，确保操作的完整性和一致性。以下是关于原子操作的详细解析：
处理器实现原子操作
处理器会保证基本内存操作的原子性，如从系统内存中读取或写入一个字节。
最新的处理器能自动保证单处理器进行16/32/64位的操作是原子的，并提供总线锁定和缓存锁定两个机制来保证复杂内存操作的原子性。
总线锁定：当处理器发出LOCK#信号时，其他处理器的请求会被阻塞，该处理器可以独占共享内存。
缓存锁定：原子操作可以在缓存内部完成，同时通过缓存一致性协议，当A处理器修改缓存中的i时，其他处理器不能同时缓存i，即会使得其他处理器中对于共享变量的缓存失效。
Java实现原子操作的方式
使用锁：Java可以使用锁来实现一段代码的原子操作，但这样开销比较大，会引起频繁的上下文切换。
使用CAS操作：CAS算法的过程是比较简单的，它会包含三个参数（V,E,N）。V表示要更新的变量，E表示预期值，N值。当且仅当V等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。当多个线程同时使用CAS对变量进行操作时，只有一个会胜出并成功更新，其余会失败。失败的线程不会被挂起。
Java中对于基本类型的包装类都有对应的原子操作实现，比如AtomicBoolean、AtomicInteger等。以AtomicInteger为例，其中的incrementAndGet的实现是直接调用了Unsafe类的方法。
引用类型的原子操作：可以使用AtomicReference。
数组类型的原子操作：JDK提供了AtomicIntegerArray等数组类型的原子类。
CAS操作的ABA问题
CAS操作虽好，但它会遇到ABA问题，即一个变量先是A，后来变成了B，在比较时又变回了A，但CAS操作无法感知到这种情况。
如果说我们是否可以修改当前值，不仅取决于当前值，还取决于它的变化，那么原有的CAS操作就无能为力了，因为它感知不到。
JDK提供了AtomicStampedReference，它在对象内部维护了时间戳，当更新数据时，不仅要更新数据，还要更新时间戳。当AtomicStampedReference设置对象值时，对象值以及时间戳都必须满足期望值，写入才会成功。
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