Java并发编程之原子变量与非阻塞同步机制

1.非阻塞算法

非阻塞算法属于并发算法，它们可以安全地派生它们的线程，不通过锁定派生，而是通过低级的原子性的硬件原生形式 —— 例如比较和交换。非阻塞算法的设计与实现极为困难，但是它们能够提供更好的吞吐率，对生存问题（例如死锁和优先级反转）也能提供更好的防御。使用底层的原子化机器指令取代锁,比如比较并交换(cas,compare-and-swap).

2.悲观技术

独占锁是一种悲观的技术.它假设最坏的情况发生(如果不加锁,其它线程会破坏对象状态),即使没有发生最坏的情况,仍然用锁保护对象状态.

3.乐观技术

依赖冲突监测.先更新,如果监测发生冲突发生,则放弃更新后重试,否则更新成功.现在处理器都有原子化的读-改-写指令,比如比较并交换(cas,compare-and-swap).

4.cas操作

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，否则什么都不做。cas典型使用模式是：首先从v中读取a，并根据a计算新值b，然后再通过cas以原子方式将v中的值由a变成b（只要在这期间没有任何线程将v的值修改为其他值）。

清单 3. 说明比较并交换的行为（而不是性能）的代码

public class simulatedcas {
     private int value;

     public synchronized int getvalue() { return value; }

    public synchronized int compareandswap(int expectedvalue, int newvalue) {
         int oldvalue = value;
         if (value == expectedvalue)
             value = newvalue;
         return oldvalue;
     }
}

清单 4. 使用比较并交换实现计数器

public class cascounter {
    private simulatedcas value;
    public int getvalue() {
        return value.getvalue();
    }
    public int increment() {
        int oldvalue = value.getvalue();
        while (value.compareandswap(oldvalue, oldvalue + 1) != oldvalue)
            oldvalue = value.getvalue();
        return oldvalue + 1;
    }
}

5.原子变量

原子变量支持不用锁保护就能原子性更新操作，其底层用cas实现。共有12个原子变量，可分为4组：标量类、更新器类、数组类以及复合变量类。最常用的原子变量就是标量类：atomicinteger、atomiclong、atomicboolean以及atomicreference。所有类型都支持cas。

6.性能比较：锁与原子变量

在中低程度的竞争下，原子变量能提供很高的可伸缩性，原子变量性能超过锁；而在高强度的竞争下，锁能够更有效地避免竞争，锁的性能将超过原子变量的性能。但在更真实的实际情况中，原子变量的性能将超过锁的性能。