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原子性

1.看程序说结果

public class VolatileAtomicThread implements Runnable {

    // 定义一个int类型的遍历
    private int count = 0 ;

    @Override
    public void run() {
        // 对该变量进行++操作，100次
        for(int x = 0 ; x < 100 ; x++) {
            count++ ;                   
            System.out.println("count =========>>>> " + count);
        }
    }

}

public class VolatileAtomicThreadDemo {

    public static void main(String[] args) {

        // 创建VolatileAtomicThread对象
        VolatileAtomicThread volatileAtomicThread = new VolatileAtomicThread() ;

        // 开启100个线程对count进行++操作
        for(int x = 0 ; x < 100 ; x++) {
            new Thread(volatileAtomicThread).start();
        }

    }

}

执行结果：不保证一定是10000

2.问题原理说明

以上问题主要是发生在count++操作上：

count++操作包含3个步骤：

从主内存中读取数据到工作内存
对工作内存中的数据进行++操作
将工作内存中的数据写回到主内存

count++操作不是一个原子性操作，也就是说在某一个时刻对某一个操作的执行，有可能被其他的线程打断。

假设此时x的值是100，线程A需要对改变量进行自增1的操作，首先它需要从主内存中读取变量x的值。由于CPU的切换关系，此时CPU的执行权被切换到了B线程。A线程就处于就绪状态，B线程处于运行状态
1. 线程B也需要从主内存中读取x变量的值,由于线程A没有对x值做任何修改因此此时B读取到的数据还是100
2. 线程B工作内存中x执行了+1操作，但是未刷新之主内存中
3. 此时CPU的执行权切换到了A线程上，由于此时线程B没有将工作内存中的数据刷新到主内存，因此A线程工作内存中的变量值还是100，没有失效。A线程对工作内存中的数据进行了+1操作
4. 线程B将101写入到主内存
5. 线程A将101写入到主内存

虽然计算了2次，但是只对A进行了1次修改。

3.volatile原子性测试

代码测试

// 定义一个int类型的变量
private volatile int count = 0 ;

小结：在多线程环境下，volatile关键字可以保证共享数据的可见性，但是并不能保证对数据操作的原子性（在多线程环境下volatile修饰的变量也是线程不安全的）。

在多线程环境下，要保证数据的安全性，我们还需要使用锁机制。

volatile的使用场景

开关控制

利用可见性特点，控制某一段代码执行或者关闭(比如volatile关键字中的案例)。
多个线程操作共享变量，但是是有一个线程对其进行写操作，其他的线程都是读

4.问题解决

使用锁机制

我们可以给count++操作添加锁，那么count++操作就是临界区的代码，临界区只能有一个线程去执行，所以count++就变成了原子操作。

public class VolatileAtomicThread implements Runnable {

    // 定义一个int类型的变量
    private volatile int count = 0 ;
    private static final Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {

        // 对该变量进行++操作，100次
        for(int x = 0 ; x < 100 ; x++) {
            synchronized (obj) {
                count++ ;
                System.out.println("count =========>>>> " + count);
            }
        }

    }

}

原子类

概述：java从JDK1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包(简称Atomic包)，这个包中的原子操作类提供了一种用法简单，性能高效，线程安全地更新一个变量的方式。

AtomicInteger

原子型Integer，可以实现原子更新操作

public AtomicInteger()：                 初始化一个默认值为0的原子型Integer
public AtomicInteger(int initialValue)： 初始化一个指定值的原子型Integer

int get():                               获取值
int getAndIncrement():                   以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值。
int incrementAndGet():                   以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增后的值。
int addAndGet(int data):                 以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回结果。
int getAndSet(int value):                以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。

演示基本使用。

案例改造

使用AtomicInteger对案例进行改造.

public class VolatileAtomicThread implements Runnable {

    // 定义一个int类型的变量
    private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger() ;

    @Override
    public void run() {

        // 对该变量进行++操作，100次
        for(int x = 0 ; x < 100 ; x++) {
            int i = atomicInteger.getAndIncrement();
            System.out.println("count =========>>>> " + i);
        }

    }

}

原子类CAS机制实现线程安全。

概述

CAS的全成是： Compare And Swap(比较再交换); 是现代CPU广泛支持的一种对内存中的共享数据进行操作的一种特殊指令。CAS可以将read-modify-check-write转换为原子操作，这个原子操作直接由处理器保证。

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

举例：

在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

线程1开始提交更新，首先进行A和地址V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的实际值，提交失败。

线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A=11，B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。

线程1进行SWAP，把地址V的值替换为B，也就是12。

CAS与Synchronized：乐观锁，悲观锁。

CAS和Synchronized都可以保证多线程环境下共享数据的安全性。那么他们两者有什么区别？

Synchronized是从悲观的角度出发（悲观锁）

总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁

（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。因此Synchronized我们也将其称之为悲观锁。jdk中的ReentrantLock也是一种悲观锁。性能较差！！

CAS是从乐观的角度出发:

总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据。

CAS这种机制我们也可以将其称之为乐观锁。综合性能较好！

原子性