cas

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cas

使用java.util.concurrent.atomic包下的AtomicInteger探索cas，包下代码符合ocp原则，使用AtomicInteger进行梳理即可。

分组类
基础数据型AtomicInteger AtomicBoolean AtomicLong
数组型AtomicIntegerArray AtomicLongArray AtomicReferenceArray
字段更新器AtomicIntegerFieldUpdater AtomicLongFieldUpdater AtomicReferenceFieldUpdater
引用型AtomicReference AtomicMarkableReference AtomicStampedReference

内存布局

查看AtomicInteger源码，我们会产生疑惑，unsafe,valueOffset是什么东西？

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {

    // 这个是干什么的呢？不知道
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    // 这又是什么呢？
    private static final long valueOffset;

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

    private volatile int value;
    // 方法暂时忽略
}

使用一段代码来解释unsafe,valueOffset到底是什么？先引入pom文件。

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

编写代码输出AtomicInteger对象内存布局。

public class AtomicIntegerTest {

    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(atomicInteger).toPrintable());
    }
}

从输出数据中可以看到AtomicInteger.value在对象布局的OFFSET = 12处，现在是使用jol-core进行打印的，如果我们想在代码中使用OFFSET要怎么使用呢？

java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           bc 3d 00 f8 (10111100 00111101 00000000 11111000) (-134201924)
     12     4    int AtomicInteger.value                       0
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

debug上面代码，从图中看到valueOffset=12，与对象内存布局是一样的，所以这个值在初始化时经被设置到valueOffset。 An image

基地址+偏移地址

An image

常用方法

unsafe,valueOffset困惑已经解开，对象存储为一个基地址，在其基地址+偏移量为需要更新值的内存地址，下面看一下常用方法

unsafe.getAndSetInt

debug代码，发现主要涉及到两个方法调用getIntVolatile和compareAndSwapInt。

     public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4));

        return var5;
    }

查看调用的参数，可以看到这里拿到了对象，也就是基地址，var2就是偏移地址

An image

getIntVolatile方法的形容如下，支持volatile语意和内存地址值获取，也就是可见性，volatile变量读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。代码注释讲解和上面数据结构布局基本一致，只是对于数组使用基地址 + 类型 * n也就是B + N * S，可以参考深入理解计算机系统（原书第 3 版）3.8数组分配和访问open in new window

unsafe.compareAndSwapInt

这个方法调用的是native方法，对于方法的形容是支持原子操作，也就是cmpxchg指令

    public final native boolean compareAndSwapInt(Object o,long offset,int expected,int x);

总结

暂时只讲到了cas相关api，底层是直接操作内存地址，使用cmpxchg指令，关于其他unsafe相关功能，等到用到时在进行解释。

参考