java并发编程实战-原子变量与非阻塞同步机制

1，近年来，在并发算法领域的大多数研究都侧重于非阻塞算法，这种算法用底层的原子机器指令（例如比较并交换指令）代替锁来确保数据在并发访问中的一致性。
2，与基于锁的方案相比，非阻塞算法在设计和实现上都要复杂得多，但它们在可伸缩性和活跃性上却拥有巨大的优势。

3，锁的劣势

  3.1，当有多个线程同时请求锁时，JVM需要借助操作系统的功能，将线程挂起并且在稍后恢复运行。当锁上存在着激烈的竞争时，调度开销与工作开销的比值会比较高

  3.2，volatile在使用时不会发生上下文切换或者线程调度操作。

  3.3，锁还有一个缺点是，当一个线程正在等待锁时，他不能做任何其他事情。
4，硬件对并发的支持

  4.1，堵占锁是一项悲观技术---它假设最坏的情况，并且只有在确保其他线程不会造成干扰的情况下才能执行下去。

  4.2，几乎所有的现代处理器中都包含某种形式的原子读-该-写指令，例如比较并交换或者关键加载/条件存储

  4.3，比较并交换，在大多数处理器架构中采用的方法是实现一个比较并交换（CAS）指令。CAS是一项乐观的技术，它希望能成功地执行更新操作，并且如果有另一个线程在最近一次检查后更新了该变量，那么CAS能检测到这个错误。当线程在竞争CAS失败时不会被挂起，而是告知这次竞争中失败，它不会阻塞线程，可以再次尝试或执行一些恢复操作。

  4.4，在大多数处理器上，在无竞争的锁获取和释放的“快速代码路径”上的开销，大约是CAS开销的两倍。CAS的主要缺点是，它将使调用者处理竞争问题（重试，回退，放弃），而在锁中能自动处理竞争问题（阻塞）。

  4.5，JVM对CAS的支持，在原子变量类（AtomicXxx）中使用这些底层的JVM支持的数字类型和引用类型提供一种高效的CAS操作，而在java.util.concurrent中的大多数类在实现时则直接或间接地使用了这些原子变量类。
5，原子变量类

  5.1，原子变量类不需要挂起或重新调度线程

  5.2，共有12个原子变量类，可分为4组：标量类，更新器类，数组类以及符合变量类

  5.3，原子变量类的标量类扩展了Number类，但没有扩展它们的包装类，
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基本类型的包装类时不可修改的，而原子变量类是可修改的，原子变量类中没有重新定义hashCode或equals方法

  5.4，原子变量是一种“更好的volatile”
  5.5，与CAS的算法一样，基于原子变量的compareAndSet的调度遇到竞争时立即重试，这将在激烈的竞争环境下导致更多的竞争。在中低程度竞争下，原子变量能够提供更高的可伸缩性，而在高强度的竞争下，锁能够更有效地避免竞争。

6，非阻塞算法

  6.1，如果一个算法中，一个线程的失败或挂起不会导致其他线程也失败或挂起，那么这种算法就被称为非阻塞算法,

  6.2，如果在算法的每个步骤中都存在某个线程能够执行下去，那么这种算法也被称为无锁（Lock-Free）算法

  6.3，如果算法中仅将CAS用于协调线程之间的操作，并且能够正确的实现，那么他既是一种无阻塞算法，又是一种无锁算法

  6.4，构建非阻塞算法的技巧在于：将执行原子修改的范围缩小到单个变量上

  6.5，原子的域更新器类（AtomicReferenceFieldUpdater）提供的原子性保证比普通原子类更弱一些，因为无法保证底层的域不被直接修改
7，ABA问题，指的是某个条件V首先由A变成B，再有B变成A。可以通过“”版本号“从而避免ABA问题。
8，非阻塞算法通过底层的并发原语来维持线程的安全性，这些底层的原语通过原子变量类向外公开，这些类也用作一种“更好的volatile变量”，从而为整数和对象引用提供原子的更新操作