理解对多线程并发资源的保护——从AtomicInteger源代码出发

前言

Java线程中的java.util.concurrent.atomic包里面都是类都是针对多线程下的原子变量，有包括AtomicInteger, AtomicBoolean等等多种变量的原子化实现。

本次我们将会解读AtomicInteger的源码，对变量的原子化思路进行一个理解。这也会对理解现实场景中，多线程程序原子化使用某个资源也有更好的理解。我们抽取几个主要的方法进行解读。

画个UML

AtomicInteger主要实现了Number接口，这个接口提供的方法都是将原子变量值转换为其他类型值的接口。

而主要的原子化特性则是通过持有jdk.internal.misc.Unsafe对象实现Proxy模式进行实现。

初始化

两个静态变量十分清晰：

U

是调用了jdk.internal.misc.Unsafe对象，协助后面的原子性更新特性。

VALUE

则是使用了objectFieldOffset获取了对象在JVM内存中的地址。该方法的具体实现则是一个native方法，通过C或C++对JVM内部进行操作。暂时不作细究。

    private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();
    private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");
    private volatile int value;

构造函数
AtomicInteger(int)

将传入int值，写入为成员变量，令对象持有该值。

主要API及源码解读

int get()

比较直观的实现，直接返回被声明为volatile的value。

void set(int)

比较直观的实现，将输入值赋值到为volatile的value。

int getAndIncrement()

有效的逻辑，在调用Unsafe对象的下面两个方法：

public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
        int v;
        do {// 循环
            // getIntVolatile是一个native方法:
            // 以内存地址，及Object对象确定获取内存中的volatile值
            v = getIntVolatile(o, offset);
        } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
        //调用下方的weakCompareAndSetInt方法，直到更新成功则退出循环
        return v;
    }

public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
                                              int expected,
                                              int x) {
        // 调用native方法compareAndSetInt
        // 以对象类型o，内存地址offset，期望值expected，输入值x
        // 按照对象类型及内存地址获得期待值，对比后更新为输入值。
        return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
    }

int getAndDecrement()

类似于getAndIncreement，调用Unsafe，对内存中数值进行操作。

小结及延伸思考

通过回顾针对AtomiInteger的几个基本方法原子化操作的解读，我们可以理解为原子操作的几个要点：

1. 采用volatile类型的特性，直接读取内存中的值，忽略掉VM中的值。
2. 采用对比的方法，对比对象类型，内存地址，原有值等维度，核对后进行赋值。（具体要检查native方法的代码）
3. Atomic类忽略了值的次序性，尽可能以值的唯一性保证其原子性。

对于数据库记录的原子性的解决方案，也有类似的解决方案，多线程占用某个数据库资源更新时，我们也可以先做读取，核对值或版本号后再作更新。

对于数据库相关的原子性保证更新，我们下一篇再聊聊。