【Java_多线程并发编程】JUC原子类——原子类中的volatile变量和CAS函数

JUC中的原子类是依靠volatile变量和Unsafe类中的CAS函数实现的。

1. volatile变量的特性

内存可见性（当一个线程修改volatile变量的值后，另一个线程就可以实时看到此变量的更新值，也可以理解为敏感性）
禁止指令重排（位于volatile变量之前的变量执行先于volatile变量执行，volatile之后的变量执行在volatile变量之后）

2. CAS函数保证数据更新的原子性

CAS是Unsafe 类中定义的函数，它只有如下三种形式：

public final native boolean compareAndSwapInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt1, int paramInt2);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2, long paramLong3);

public final native boolean compareAndSwapObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2, Object paramObject3);

我们发现Unsafe类只提供了3种CAS方法：compareAndSwapInt、compareAndSwapLong和compareAndSwapObject，且都是native方法

AtomicBoolean 源码解析

public class AtomicBoolean implements java.io.Serializable {
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;

    static {
        try {
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AtomicBoolean.class.getDeclaredField("value"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

    private volatile int value;

    public AtomicBoolean(boolean initialValue) {
        value = initialValue ? 1 : 0;
    }
    public final boolean compareAndSet(boolean expect, boolean update) {
        int e = expect ? 1 : 0;
        int u = update ? 1 : 0;
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, e, u);
    }
    ...
}

从AtomicBoolean源码，发现它底层也是使用volatile类型的int 变量，跟AtomicInteger 实现方式一样，只不过是把Boolean转换成 0和1进行操作。

所以原子更新char、float和double变量也可以转换成int 或long来实现CAS的操作。

2.1 CAS的优点

CAS即为Compare-And-Swap，是一条CPU的原子指令。CAS操作需要输入两个数值，一个读取到变量的旧值和一个新值，在操作期间首先比较变量的旧值与当前值是否一致，若一致则更新成新值，若不一致则重复上述操作直到成功为止。

CAS操作是原子性的，所以多线程并发中使用CAS更新数据，可以不使用独占锁。独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。而另一个更加有效的锁
就是乐观锁。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。乐观锁用到的机制就是CAS，Compare and Swap。
如果不使用CAS，在高并发下，多线程同时修改一个变量的值我们需要synchronized加锁（可能有人说可以用Lock加锁，Lock底层的AQS也是基于CAS进行获取锁的）。
相信sql大家都熟悉，类似sql中的条件更新一样：update set id=3 from table where id=2。因为单条sql执行具有原子性，如果有多个线程同时执行此sql语句，只有一条能更新成功。