原子操作背后的高并发秘籍：从LongAdder窥探CAS与Volatile的奥秘
2023-10-20 14:54:33
原子操作：多线程编程中的关键技术
在多线程编程的世界中，确保共享数据的操作不会同时被多个线程执行至关重要，否则会导致数据竞争和损坏。原子操作技术应运而生，它允许线程对共享变量进行原子性更新，保证操作在任何时刻只有一个线程可以执行。
Java中的原子操作利器：LongAdder
Java中的LongAdder类提供了对原子操作的强大支持，它利用CAS（比较并交换）操作和volatile来实现线程安全的计数功能。
CAS操作：原子更新的基石
CAS操作是一种原语，它允许线程以原子方式更新共享变量。其工作原理如下：当一个线程试图更新变量时，它会先比较变量的当前值与预期值。如果当前值与预期值相等，则线程将使用新值更新变量；否则，更新操作将失败，线程将重新尝试。
LongAdder类使用CAS操作来更新其内部计数器。当一个线程试图递增计数器时，它会先获取计数器的当前值，然后使用CAS操作将计数器更新为当前值加1。如果另一个线程同时也在尝试更新计数器，则它将在CAS操作失败时重新尝试，直到成功更新为止。
Volatile可见性与有序性的保障
Volatile关键字是一种修饰符，用于确保共享变量在所有线程中保持可见性，并强制对变量访问的顺序化。当一个变量被声明为volatile时，它将被存储在主内存中，而不是线程的本地缓存中。这确保了所有线程都可以看到对volatile变量所做的更改，从而避免了可见性问题。
LongAdder类中使用volatile关键字来修饰其内部计数器。这确保了在任何时候，所有线程都可以看到对计数器的最新更改。此外，volatile关键字还强制对计数器访问的顺序化，即线程必须按程序顺序访问计数器，不能乱序执行。
LongAdder：高并发计数器的利器
LongAdder类是一个线程安全的计数器，它利用CAS操作和volatile关键字来提供高效的高并发计数功能。LongAdder内部维护了一个数组，其中包含多个小的计数器。当一个线程试图更新计数器时，它会根据线程ID选择一个小的计数器并对其进行CAS操作。这可以减少竞争，提高并发性能。
深入剖析LongAdder的源码
为了更好地理解LongAdder是如何工作的，我们不妨深入剖析一下它的源码。在LongAdder的源码中，我们可以看到它使用了CAS操作和volatile关键字来实现线程安全：
private final Striped64<Long> cells;
public LongAdder() {
cells = new Striped64<>();
}
public void increment() {
cells.get(Thread.currentThread().getId()).increment();
}
在increment方法中，LongAdder通过调用Striped64类的get方法来获取与当前线程ID关联的小计数器，然后使用CAS操作将小计数器递增1。
结语
LongAdder类揭示了Java并发编程中原子操作的强大力量。通过利用CAS操作和volatile关键字，LongAdder提供了高效的高并发计数功能，使开发者能够轻松构建可扩展、高性能的多线程应用程序。深入理解CAS操作和volatile关键字的原理和应用对于掌握高并发编程至关重要。
常见问题解答
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原子操作在多线程编程中扮演什么角色？
原子操作确保对共享变量的操作在任何时刻只有一个线程可以执行，避免数据竞争和损坏。 -
LongAdder是如何实现原子计数的？
LongAdder使用CAS操作和volatile关键字来更新其内部计数器，并利用多个小的计数器来减少竞争。 -
Volatile关键字在LongAdder中有什么作用？
Volatile关键字确保所有线程都能看到对计数器的最新更改，并强制对计数器访问的顺序化。 -
为什么使用LongAdder而不是普通的计数器？
LongAdder是线程安全的，可以在高并发场景下提供高效的计数功能，避免数据竞争。 -
如何在自己的Java项目中使用LongAdder？
只需导入java.util.concurrent.atomic包，然后实例化LongAdder即可。
