概念

不可被中斷的一個或一系列操作

術語定義

處理器如何實現原子操作

• 使用匯流排鎖保證原子性
  匯流排鎖就是使用處理器提供的一個LOCK#訊號，當一個處理器在總線上輸出此訊號時，其他處理器的請求將被阻塞，那麼處理器獨佔共享記憶體
• 使用快取鎖保證原子性
  處理器不在總線上聲言LOCK#訊號，而是修改內部的記憶體地址，並允許它的快取一致性機制來保證操作的原子性，因為快取一致性會阻止同時修改由兩個以上處理器快取的記憶體區域資料，當其它處理器回寫已被鎖定的快取行的資料時，會使快取行無效。

Java如何實現原子性

Java中通過鎖和迴圈CAS的方式實現原子操作

迴圈CAS

JVM中的CAS操作正是利用了處理器提供的CMPXCHG指令實現的。自旋CAS實現的基本思路就是迴圈進行CAS操作直到成功為止。

public class Counter {
    private AtomicInteger atomicI = new AtomicInteger(0);

    public static void main (String[] args) {
        final Counter cas  = new Counter();
        List<Thread> ts = new
 
 ArrayList<Thread>(600);
        long start = System.currentTimeMillis();
        for(int j = 0; j < 100 ; j++){
            Thread t = new Thread(new Runable(){
                public void run(){
                    for(int i = 0; i < 10000 ; i++ ){
                        cas.count();
                        cas.safecount();
                    }
                }
            });
            ts.add(t);
        }
        for(Thread t : ts)
            t.start();
        //等待所有的執行緒執行完成
        for(Thread t : ts){
            try{
                t.join();
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(cas.i);
        System.out.println(cae.automicI.get());
        System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
    }

    private void safeCount(){
        for(;;){
            int i = automicI.get();
            boolean suc = atomicI.compareAndSet(i, ++i);
            if(suc)
                break;
        }
    }

    /**非執行緒安全*/
    private void count(){
        i++;
    }
}

JDK1.5之後，併發包提供一些類來進行原子操作，如AtomicBoolean,AutomicInteger,AtomicLog等

CAS原子操作的三大問題

1. ABA問題
   CAS需要在操作值的時候，檢查有沒有變化，如果沒有發生變化則更新。如果一個值原來時A，改成B，又改成A。那麼使用CAS會發現它的值沒有變化。如果要解決ABA問題，可以在變數前加上版本號，1A，2B，3A來區分，如JDK提供AtomicStampedReference來解決，這個類的compareAndSet方法會先檢查當前引用是否等於預期引起，並檢查當前標誌是否等於預期標誌，如果都相等，則以原子的形式將該引用和標誌設定為新的值。

2. 迴圈時間長開銷大
   CAS長時間不成功會給CPU帶來非常大的開銷

3. 只能保證一個共享變數的原子操作
   對於一個共享變數我們可以通過CAS保證原子性，但是多個共享變數，要保證原子性就只能用鎖。

鎖機制實現原子操作

鎖機制保證只有獲得鎖的執行緒才能操作鎖定的記憶體區域，JVM內部有很多鎖機制，偏向鎖，輕量鎖和互斥鎖。除了偏向鎖，JVM實現鎖的方式都用了迴圈CAS（自旋），即當一個執行緒想進入同步塊的時候使用自旋的方式獲取鎖，當它退出同步塊時，採用自旋釋放鎖。