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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「安琪拉的博客」，作者安琪拉。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系安琪拉的博客公眾號(hào)。
大家好，我是安琪拉，這是并發(fā)編程的第五集，完整大綱如下：
面試官：你好，你先自我介紹一下吧。
安琪拉：面試官你好，我是草叢三婊，最強(qiáng)中單，火球擁有者、不焚者，安琪拉，這是我的簡(jiǎn)歷，請(qǐng)過(guò)目。
面試官：聽(tīng)前一個(gè)面試官說(shuō)你Java并發(fā)這塊掌握的不錯(cuò)，我們深入的交流一下;
安琪拉：好好好，可以交流的深入一點(diǎn)
面試官：什么是線程安全性?
安琪拉：這個(gè)問(wèn)題第一次被問(wèn)，但是個(gè)好問(wèn)題。
當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)某個(gè)類時(shí)，不管運(yùn)行環(huán)境采用何種調(diào)度方式或者這些進(jìn)程將如何交替執(zhí)行，并且在主調(diào)代碼中不需要任何額外的協(xié)同或者同步，這個(gè)類都能表現(xiàn)出正確的行為，那么這個(gè)類是線程安全的。
面試官：線程安全性有哪三大特點(diǎn)? 或者說(shuō)線程不安全是由于什么引起的?
安琪拉：【太老套了吧，能不能來(lái)點(diǎn)新的】
線程不安全的原因：
當(dāng)前的一個(gè)操作可能不是原子的，執(zhí)行過(guò)程中會(huì)被打斷，其他線程有能力修改共享變量的值，同時(shí)存在線程修改的值不是立即對(duì)其他線程可見(jiàn)的，因?yàn)榫€程有自己的執(zhí)行空間，另外一點(diǎn)就是存在程序可能存在亂序執(zhí)行的情況，單線程沒(méi)問(wèn)題，但是多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，線程共享的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)亂，以上說(shuō)的自己?jiǎn)栴}歸納出線程安全需要保證的三個(gè)特性：
- 原子性
提供互斥訪問(wèn)、同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程在操作
- 可見(jiàn)性
一個(gè)線程對(duì)主內(nèi)存的修改可以及時(shí)地被其他線程看到
- 有序性
有序性是指程序在執(zhí)行的時(shí)候，程序的代碼執(zhí)行順序和語(yǔ)句的順序是一致的。(你可能會(huì)想難道還有不一致的，是的，因?yàn)榇嬖谥噶钪嘏判颍瑸槭裁磿?huì)有指令重排，因?yàn)樾阅軆?yōu)化的需要，比如把多次訪問(wèn)主存合并到一起執(zhí)行比計(jì)算和訪問(wèn)主存交替訪問(wèn)更高效)，重排序過(guò)程不會(huì)影響到單線程程序的執(zhí)行，卻會(huì)影響到多線程并發(fā)執(zhí)行的正確性。
面試官：那你用過(guò)java.util.concurrent.atomic包下原子性相關(guān)的類嗎?
安琪拉：用過(guò)的，Java提供了很多AtomicXXX相關(guān)的原子類，如下圖所示：
面試官：能舉個(gè)例子說(shuō)明下用法嗎?
安琪拉：比如存在并發(fā)，計(jì)數(shù)的場(chǎng)景，以netty為例，它的線程池工廠類如下：
nextId就是 AtomicInteger類型的。每次創(chuàng)建線程給線程命名的時(shí)候, 代碼如下：
- public Thread newThread(Runnable r) {
- Thread t = this.newThread(new DefaultThreadFactory.DefaultRunnableDecorator(r), this.prefix + this.nextId.incrementAndGet());
- try {
- if (t.isDaemon()) {
- if (!this.daemon) {
- t.setDaemon(false);
- }
- } else if (this.daemon) {
- t.setDaemon(true);
- }
- if (t.getPriority() != this.priority) {
- t.setPriority(this.priority);
- }
- } catch (Exception var4) {
- }
- return t;
- }
通過(guò) incrementAndGet 實(shí)現(xiàn)原子性的 +1。
面試官：如果不用AtomicInteger，就用普通的int 會(huì)有什么后果?
安琪拉：首先我們知道 +1 操作不是原子性的，可以分成這么幾條指令：取數(shù)指令，將數(shù)據(jù)壓入操作數(shù)棧，執(zhí)行+1操作，賦值。
關(guān)于指令這塊，扔個(gè)藍(lán)。我們編譯一段Java code 看一下。
代碼和字節(jié)碼指令分別為：
- public static int add(int a,int b){
- int c = 0;
- c = a + b;
- return c;
- }
指令，對(duì)應(yīng)的操作解釋也有，如下：
- public static int add(int, int);
- Code:
- 0: iconst_0 //初始化常量0壓入操作數(shù)棧頂
- 1: istore_2 //彈出操作數(shù)棧棧頂元素，保存到局部變量表第2個(gè)位置
- 2: iload_0 //復(fù)制a變量的值入棧
- 3: iload_1 //復(fù)制b變量的值入棧
- 4: iadd //執(zhí)行加操作，相加結(jié)果放在棧頂
- 5: istore_2 //彈出操作數(shù)棧棧頂元素，保存到局部變量表第2個(gè)位置
- 6: iload_2 //復(fù)制局部變量表第2個(gè)位置的值入棧
- 7: ireturn //彈棧，返回結(jié)果
寫這么多就是為了讓大家明白 a += 1 這種操作它不是原子的，是有多條指令組成，真的不容易，快給我點(diǎn)個(gè)贊，好心人的藍(lán)buff
面試官：那能跟我講下Atomic 的實(shí)現(xiàn)原理嗎?
安琪拉：【要開(kāi)始卷了，到安琪拉最愛(ài)的源碼環(huán)節(jié)】
- /**
- * Atomically increments by one the current value.
- *
- * @return the updated value
- */
- public final int incrementAndGet() {
- return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
- }
代碼很短，注釋就一句話，原子性的增加當(dāng)前值。
繼續(xù)下探：
- public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
- int var5;
- do {
- var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
- } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
- return var5;
- }
入?yún)⑹侨齻€(gè)值：var1、var2、var4 ，我們先看下這三個(gè)值分別是什么?
Val1：this ，也就是AtomicInteger 對(duì)象nextId
Val2：valueOffset 看下代碼，我另外畫了個(gè)圖，我們知道一個(gè)對(duì)象存儲(chǔ)空間由對(duì)象頭和成員變量組成的，那valueOffset 就是成員變量value 在AtomicInteger 對(duì)象中的偏移量。
初學(xué)者可能會(huì)問(wèn)，函數(shù)放在哪呢?函數(shù)都放在方法區(qū)，因?yàn)槭菍儆陬惖?，不是?duì)象私有的。
- private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
- private static final long valueOffset;
- static {
- try {
- valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
- (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
- } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
- }
- private volatile int value;
Val4：1
那開(kāi)始詳細(xì)解釋下，下面這段代碼：
compareAndSwapInt 方法：比較val1(AtomicInteger對(duì)象)的var2(valueOffset偏移量)的值與var5(原始值)是否相等，如果相等，讓值更新成var5(原始值) + val4(1)
- //val1: nextId val2: valueOffset val4: 1
- public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
- int var5; //臨時(shí)變量
- do {
- var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); //這是個(gè)native方法，獲取value的值
- //比較val1（AtomicInteger對(duì)象）的var2（valueOffset偏移量）的值與var5（原始值）是否相等，如果相等，讓值更新成var5（原始值） + val4（1）
- } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
- return var5;
- }
- public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);
compareAndSwapInt 就是Java中非常重要，也是非常出名的CAS操作，比較并交換，并發(fā)底層框架用到的地方很多。
compareAndSwapInt 會(huì)返回CAS支持狀態(tài)，如果執(zhí)行失敗，會(huì)循環(huán)執(zhí)行，直到成功。
失敗的原因一般是同時(shí)有別的線程修改了這個(gè)變量的值，所以比較的時(shí)候不相等，下次執(zhí)行會(huì)獲取最新值執(zhí)行CAS。
。。。。嚶嚶嚶，打字好累啊，先寫到這，要去吃自助餐了，明天再寫可見(jiàn)性和有序性。
分享名稱：并發(fā)與高并發(fā)系列之線程安全性之原子性
轉(zhuǎn)載來(lái)源：http://www.dlmjj.cn/article/cdopdij.html
