AtomicInteger原理和CAS与Synchronized（juc编程）

AtomicInteger原理

4.6.1 原理介绍

AtomicInteger的本质：自旋锁 + CAS算法

CAS的全成是： Compare And Swap(比较再交换); 是现代CPU广泛支持的一种对内存中的共享数据进行操作的一种特殊指令。CAS可以将read-modify-write转换为原子操作，这个原子操作

直接由处理器保证。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当旧预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B并返回true，否则什么都不做，并返回false。

举例说明：

在内存值V当中，存储着值为10的变量。
此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值 A = 10 ，要修改的新值 B = 11。

在这里插入图片描述

在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存值V中的变量值率先更新成了11。
线程1开始提交更新，首先进行A和内存值V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的值，提交失败。
线程1重新获取内存值V作为当前A的值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A = 11，B = 12。这个重新尝试的过程被称为自旋。
这一次比较幸运，没有其他线程改变V的值。线程1进行Compare，发现A和V的值是相等的。
线程1进行SWAP，把内存V的值替换为B，也就是12。

在这里插入图片描述

举例说明：这好比春节的时候抢火车票，下手快的会抢先买到票，而下手慢的可以再次尝试，直到买到票。

4.6.2 源码分析

那么接下来我们就来查看一下AtomicInteger类中incrementAndGet方法的源码。

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
    
    // cas算法的实现类
    private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();
    
    // 表示变量值在内存中的偏移量地址，unsafe类就是根据内存偏移量地址获取数据值。
    private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");
    private volatile int value;
    
    // 以原子方式将当前值加1，这里返回的是自增后的值
    public final int incrementAndGet() {
        
        /* this表示当前AtomicInteger对象 ，1表示要增加的值 */
        return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1) + 1;		// 调用Unsafe类中的getAndAddInt方法
        
    }
    
}

UnSafe类

public final class Unsafe {
    
    // Unsafe类中的getAndAddInt方法
    public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
        
        int v;
        
        // do...while就是自旋操作,当CAS成功以后，循环结束
        do {
            // 获取AtomicInteger类中所封装的int类型的值，就相当于旧的预期值A
            v = getIntVolatile(o, offset); 
            
            // 调用本类的weakCompareAndSetInt方法实现比较在交换； o: AtomicInteger对象, v: 相当于旧的预期值A, v + delta：新值B
        } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
        
        return v;
    }
    
    // Unsafe类中的weakCompareAndSetInt方法
    public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset, int expected, int x) {
        return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
    }

    // 本地方法，调用CPU指令实现CAS
    public final native boolean compareAndSetInt(Object o, long offset, int expected, int x);
    
}