Question

我正在浏览 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger 的源代码，以了解如何通过类提供的原子操作实现原子性。例如 AtomicInteger.getAndIncrement（）方法源如下

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

我无法理解在无限for循环中编写操作序列的目的。它在Java Memory Model（JMM）中是否有任何特殊用途。请帮我找一个描述性的理解。提前致谢。

Answer 1

我无法理解在无限for循环中编写操作序列的目的。

此代码的目的是确保volatile字段得到适当更新，而不会 synchronized锁的开销。除非有大量的线程都在竞争更新同一个字段，否则很可能会旋转很多次来实现这一目标。

volatile关键字提供可见性和内存同步保证，但本身并不能确保具有多个操作（测试和设置）的原子操作。如果您正在测试然后设置volatile字段，那么如果多个线程试图同时执行相同的操作，则存在竞争条件。在这种情况下，如果多个线程试图同时递增AtomicInteger，您可能会错过其中一个增量。此处的并发代码使用自旋循环和compareAndSet基础方法，以确保volatile int仅在等于3时才更新为4（例如）。

t1获取atomic-int并且为0。
t2获取atomic-int并且为0。
t1为其添加1
t1 原子测试以确保它为0，它是，并存储1。
t2加1;
t2 原子测试以确保它为0，它不，所以它必须旋转并再试一次。
t2获取atomic-int并且为1。
t2加1;
t2 原子测试以确保它为1，为，并存储2。

它是否在Java Memory Model（JMM）中用于任何特殊目的。

不，它用于类和方法定义的目的，使用 JMM和volatile周围的语言定义来实现其目的。 JMM定义了语言对synchronized，volatile和其他关键字的作用以及多个线程如何与缓存和中央内存交互。这主要是关于与操作系统和硬件的本机代码交互，并且很少（如果有的话）关于Java代码。

compareAndSet(...)方法通过调用Unsafe类来接近JMM，这个类主要是带有一些包装器的本机方法：

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

Answer 2

我无法理解编写序列的目的无限for循环中的操作。

要理解为什么它处于无限循环中，我发现理解compareAndSet的作用以及它如何返回错误会有所帮助。

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，您阅读了Returns消息，并询问这是如何实现的？

如果两个线程在接近同一时间调用incrementAndGet，则它们都输入并查看值current == 1。两个线程都将创建一个线程本地next == 2并尝试通过compareAndSet进行设置。根据文档只有一个线程会获胜，失败的线程必须再次尝试。

这就是CAS的工作原理。如果失败，您尝试更改该值，如果成功则再试一次，然后继续。

现在简单地将字段声明为volatile将无效，因为递增不是原子。因此，我所解释的场景 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基于CPU比较和交换（CAS）指令，请参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap。 它将内存位置的内容与给定值进行比较，并且只有它们相同时才会将该内存位置的内容修改为给定的新值。

如果是incrementAndGet，我们会读取当前值并调用compareAndSet(current, current + 1)。如果它返回false，则意味着另一个线程干扰并更改了当前值，这意味着我们的尝试失败了，我们需要重复整个循环直到成功。

如何在java.util.concurrent.atomic包中定义的类中实现原子性？

3 个答案: