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：

1. 在内存值V当中，存储着值为10的变量。
   

2. 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。

3. 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。
   

4. 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。
   

5. 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。
   

6. 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。
   

7. 线程1进行SWAP，把内存V的值替换为B，也就是12。

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Av = 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CASpublic final native boolean compareAndSetInt(Object o, long offset, int expected, int x);}

4.7 CAS与Synchronized

CAS和Synchronized都可以保证多线程环境下共享数据的安全性。那么他们两者有什么区别？

Synchronized是从悲观的角度出发：

总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁（共享资源每次只给一个线程使用，其它线

程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。因此Synchronized我们也将其称之为悲观锁。jdk中的ReentrantLock也是一种悲观锁。

CAS是从乐观的角度出发:

总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据。CAS这种机制我们也可以将其称之为乐观锁。