AtomicInteger介绍

内容引用：
原子变量(AtomicLong, AtomicInteger, AtomicReference)
Java线程(十)：CAS
无锁队列的实现

概述

一个提供原子操作的Integer的类。在Java语言中，++i和i++操作是“读-改-写”复合操作（在一个操作序列中，后一个操作依赖前一次操作的结果），在多线程并发处理的时候会出现问题，因为可能一个线程修改了变量，而另一个线程没有察觉到这样变化，所以并不是线程安全的。在使用的时候，不可避免的会用到synchronized关键字。而AtomicInteger则将该操作变为原子操作。

CAS (Compare And Swap)

• 对内存中的共享数据进行操作的一种特殊指令，这个指令会对内存中的共享数据做原子的读写操作。
• 操作过程：首先CPU会将内存中将要被更改的数据与期望的值作比较，当两个值相等时将内存中的数值更换为新值，否则不操作，最后返回旧值。即CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则返回V。
• 这是一种乐观锁的思路，它相信在它修改之前，没有其他线程修改过；而Synchronized是一种悲观锁，它认为在它修改之前，一定会有其它线程去修改它，悲观锁效率很低。

• 实现非阻塞式的原子性操作，但是会产生ABA问题，即：

  1. 进程P1在共享变量中读到值为A
  2. P1被抢占了，进程P2执行
  3. P2把共享变量里的值从A改成了B，再改回到A，此时被P1抢占。
  4. P1回来看到共享变量里的值没有被改变，于是继续执行。
     虽然P1以为变量值没有改变，继续执行了，但是这个会引发一些潜在的问题。
• AtomicInteger就是利用CAS实现原子性操作的。

实现

java.util.concurrent.atomic : Java并发包，是对Java部分数据类型的原子封装，在原有数据类型的基础上，提供了原子性的操作方法，保证了线程安全。

//成员变量 （volatile，保证其内存可见性）
private volatile int value;

//部分成员方法 (全是final的)
/* Atomically sets the value to the given updated value
 * if the current value {@code ==} the expected value.
 * @param expect the expected value
 * @param update the new value
 * @return true if successful. False return indicates that the actual value was not equal to the expected value.*/
// CAS实现
// 单线程下, compareAndSet返回永远为true；
// 多线程下, 在将expect与最新的value(volatile的，可以实时看到最新值) 进行compare时, value可能被其他线程set了新值，而造成compare不相等，返回false。
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    // 比较并设置，这里利用Unsafe类的JNI方法实现，使用CAS指令，可以保证读-改-写是一个原子操作。
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

// 获取当前的值，并自增
public final int getAndIncrement() {
    // 除非执行return语句否则一直循环程序体，重试到成功为止，保证能够线程安全地（原子的）改变当前值。
    for (;;) {  // 这样优于while(true)
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))  // 进行CAS操作
            return current;
    }
}

// 获取当前的值，并加上预期的值
public final int getAndAdd(int delta) {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + delta;
        if (compareAndSet(current, next))
            return current;
    }
}

原理

Volatile + CAS
具体见上面的注释。

其他

原子变量只能保证对一个变量的操作是原子的，如果有多个原子变量之间存在依赖的复合操作，也不可能是安全的。另外一种情况是要将更多的复合操作作为一个原子操作，则需要使用synchronized将要作为原子操作的语句包围起来。因为涉及到可变的共享变量(类实例成员变量)才会涉及到同步，否则不必使用synchronized。