005--原子变量-CAS算法

话题一：什么是原子性？

  i++ 的原子性问题：i++ 的操作实际上分为三个步骤“读-改-写”
  int i = 10;
  i = i++; //10

  int temp = i;
  i = i + 1;
  i = temp;

• 本身来说，i++不能将过程进行拆解，但是volatile不能保证原子性，如果在多线程下就会被拆开，数据的执行结果就会出错！

• 如何在不使用synchronized降低性能的条件下依然保证原子性，java.util.concurrent.atomic下提供了相关的工具类！

• concurrent原子工具类 image.png

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话题二：java.util.concurrent.atomic如何保证原子性？

• CAS（Compare-And-Swap） 算法保证数据变量的原子性
• CAS 算法是硬件对于并发操作的支持
• CAS 包含了三个操作数：
  ①内存值 V
  ②预估值 A
  ③更新值 B
  当且仅当 V == A 时， V = B; 否则，不会执行任何操作。

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话题三：CAS效率比synchronized效率高吗？

• CAS比synchronized效率高
• 多线程时，因为要compare，所以能够保证只有一个线程在操作数据
• 其他的线程不会被阻塞（可以手动写相关逻辑，再次操作数据，直至成功操作数据）

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话题四：模拟CAS算法？

// 目标：有一个参考值，和参考值进行比较，相同就进行重新赋值
public class TestCompareAndSwap {
    public static void main(String[] args) {
        final CompareAndSwap cas = new CompareAndSwap();
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    int expectedValue = cas.get();
                    boolean b = cas.compareAndSet(expectedValue, (int)(Math.random() * 101));
                    System.out.println(b);
                }
            }).start();
        }
    }
}
    
class CompareAndSwap {
    private int value;
    // 获得内存中的值
    public synchronized int get() {
        return value;
    } 
    
    // 比较并且赋值
    public synchronized int compareAndSwap(int exceptValue, int newValue) {
        if (exceptValue == value) {
            value = newValue;
        }
        return newValue;
    } 
    
    // 判断是否成功赋值
    public synchronized boolean compareAndSet(int exceptValue, int newValue) {
        return value == compareAndSwap(exceptValue, newValue);
    }
}

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总结：原子变量：在 java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子变量。

    1. volatile 保证内存可见性
    2. CAS（Compare-And-Swap） 算法保证数据变量的原子性
        CAS 算法是硬件对于并发操作的支持
        CAS 包含了三个操作数：
        ①内存值  V
        ②预估值  A
        ③更新值  B
        当且仅当 V == A 时， V = B; 否则，不会执行任何操作。