我們在過去傳統(tǒng)的編程過程中，我們定義一個內(nèi)存中的數(shù)據(jù)類型，用于將數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中時，只考慮被單個線程訪問，所以不需要考慮太多，因為它是安全的。

　　但當數(shù)據(jù)被多個線程同時操作時，就會出現(xiàn)問題。我們必須同步多個線程對數(shù)據(jù)的訪問，以確保可見性和正確性。

　　因為JMM模型中對于多線程并發(fā)操作時，父線程中共享的資源變量是存儲在父線程的內(nèi)存空間里的，而作為子線程，各自有各自的線程空間，我們也稱之為工作線程的內(nèi)存空間，每次操作都會拷貝共享資源的副本到自己的工作線程并操作，在操作完成后，需要將各個工作線程的副本更新會主線程的共享變量中，這個過程造成了各個線程可能讀取的共享變量數(shù)值可能不一致問題。同時一個子線程對共享數(shù)據(jù)的修改，在被更新會父線程空間的變量值時，不能被其它子線程立刻看到，這就出現(xiàn)了操作可見性問題。

　　比如我們定義一個普通的計數(shù)器數(shù)據(jù)類型Counter類：

　　這個類在單線程環(huán)境中工作是沒有任何問題的，但是當多個線程訪問同一個計數(shù)器實例時就完全不能工作了。因為并發(fā)操作的每個線程都會拷貝它一個副本到自己的線程空間里進行操作，完成后更新會共享的變量中，這就有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致問題。

　　同步鎖操作實現(xiàn)

　　此時我們可以使用對操作方法使用synchronized關(guān)鍵字或者使用volatile關(guān)鍵字進行同步的方式來解決問題。

　　這個進行了同步的類可以很好的解決了多個線程并發(fā)訪問它的問題。但是我們知道Synchronized關(guān)鍵字背后的實現(xiàn)原理是對修飾的方法進行鎖定處理，而且這個加鎖和解鎖過程并不是一個輕量級的機制，所有存在很多缺點。

　　當多個線程在試著獲取同一個鎖時，大部分線程都會被掛起，在鎖被釋放時才會被重置回來。

　　當我們的操作臨界區(qū)比較小，這個開銷就會變得非常大，尤其是當鎖經(jīng)常被獲取并且存在很多爭用時。

　　另一個缺點在于其它線程在等待鎖被釋放過程中什么也做不了，如果擁有當前鎖的線程執(zhí)行出現(xiàn)延遲（頁面錯誤或者量子鐘結(jié)束等原因），那么其它線程就會出現(xiàn)長時間得不到執(zhí)行的情況。

　　原子操作實現(xiàn)原理

　　為了避免這些問題的出現(xiàn)，Java推出了非鎖定的算法。該算法不使用鎖機制，而且更具可伸縮性和更好的性能。

　　它使用了底層的機器指令的原子性來確保高層操作的原子性。簡單說來就是將高一層級的操作分解成跟底層原子操作層級對應(yīng)的操作，從而讓每一次操作不能被中斷或者竊取。

　　我們知道在處理資源爭用時我們一般有兩種思路：

　　一種是悲觀模式，就是相信爭用的情況一定會發(fā)生，所以預(yù)先建立防范措施，其中加鎖就是屬于這種悲觀模式的實現(xiàn)。

　　另外一種是樂觀模式，我們沿著每次操作都可能會成功也可能會失敗的思路處理，就是如果成功就執(zhí)行完畢，如果出現(xiàn)失敗就再執(zhí)行一次。

　　悲觀模式是不管怎樣我先鎖定資源使用的是一種阻塞思維，而原子操作則是不采用鎖定機制，大家都可以訪問的非阻塞思維。

　　目前，實際的處理器大都提供了一些指令，它們大大簡化了這種非阻塞算法的實現(xiàn)，其中目前使用最多的操作是比較和交換操作(CAS)。

　　這種算法的操作原理是它接收三個參數(shù)分別為要操作的內(nèi)存地址，我們預(yù)期的當前要操作的數(shù)值，我們需要它變成的新值。

　　它會首先檢查指定內(nèi)存地址的值是否跟當前我們預(yù)期的值相同，如果相同就將它更新為新值，如果跟我們預(yù)期的值不同就放棄本次操作，當本次操作完成時，它會返回指定內(nèi)存地址的值。因此，當多個線程試圖執(zhí)行CAS操作時，一個線程獲勝，其他線程什么也不做。調(diào)用者可以選擇重試或執(zhí)行其他操作。

　　其實我們平時經(jīng)常使用這種比較和設(shè)置的操作原理來實現(xiàn)一些其它功能操作，方法原理與CAS完全相同，只是會返回一個布爾值，指示操作是否成功。

　　可用的原子操作類型

　　在Java5.0之前，開發(fā)人員不能直接使用這個操作，但是在Java5.0中添加了幾個原子變量(int、long、boolean和引用變量)。

　　int和long版本也支持數(shù)字操作。JVM使用了有硬件機器，CAS或者使用鎖的Java實現(xiàn)來編譯這些類從而使之成為更好的操作方式。

　　AtomicInteger

　　AtomicLong

　　AtomicBoolean

　　AtomicReference

　　它們都通過compareAndSet()等方法支持CAS操作，所以它們支持多線程訪問，并且比同步操作有著更好的可伸縮性。

　　這里incrementAndGet()和decrementAndGet()方法是AtomicLong和AtomicInteger類提供的兩個數(shù)值操作。

　　另外還有g(shù)etAndDecrement(),getAndIncrement(),getAndAdd(inti)和addAndGet()等可以調(diào)用的安全操作。

　　這個版本比同步版本更快，而且線程安全。

　　最后，我們只使用compareAndSet()方法實現(xiàn)了一個遵循CAS模式的increment()方法。

　　這看起來有些復(fù)雜，但這就是實現(xiàn)非阻塞算法的代價。其思想就是當檢測到?jīng)_突時，我們會重試，直到操作成功。

　　這是非阻塞算法的通用模式，我們在非阻塞流NIO操作中會經(jīng)常看到這種模式的使用。

　　自定義復(fù)雜原子操作類型

　　下面我們舉一個實例來實現(xiàn)一個Stack類：

　　它確實比在這兩個方法上使用synchronized要復(fù)雜，但是如果存在爭用，它的性能也會更好，即使沒有爭用的情況下，它的性能通常也是不錯的。

　　總之，原子變量類是實現(xiàn)非阻塞算法的一種很好的方法，而且也是volatile變量的一個很好的替代方法，因為它們可以提供原子性和可見性。

以上就是動力節(jié)點java培訓(xùn)機構(gòu)介紹的“深入理解原子性操作，提高多線程高并發(fā)性能”的內(nèi)容，希望對正在學(xué)習的你有所幫助，如果有不懂的問題可以登錄動力節(jié)點IT培訓(xùn)官網(wǎng)咨詢在線客服老師。