線程安全真的是線程的安全嗎？
什麼是 atomic？
實作一個計數器
atomicinteger 源碼分析
atomiclong 和 longadder 誰更牛？
總結
當我們談論『線程安全』的時候，肯定都會想到 atomic 類。不錯，atomic 相關類都是線程安全的，在講 atomic 類之前我想再聊聊『線程安全』這個概念。
初看『線程安全』這幾個字，很容易望文生義，這不就是線程的安全嗎？其實不是，線程本身沒有好壞，沒有『安全的線程』和『不安全的線程』之分，俗話說：人之初性本善，線程天生也是純潔善良的，真正讓線程變壞是因為通路的變量的原因，變量對于作業系統來說其實就是記憶體塊，是以繞了這麼一大圈，線程安全稱為『記憶體的安全』可能更為貼切。
簡而言之，線程通路的記憶體決定了這個線程是否是安全的。
變量大緻可以分為局部變量和共享變量，局部變量對于 jvm 來說是棧空間，大家都背過八股文，棧是線程私有的是非共享的，那自然也是記憶體安全的；共享變量對于 jvm 來說一般是存在于堆上，堆上的東西是所有線程共享的，如果不加任何限制自然是不安全的。
因為線程安全這個概念已經深入人心了，是以後面我們還是用線程安全來表達記憶體安全的含義。
那如何解決這種<code>不安全</code>呢？方法有很多，比如：加鎖、atomic 原子類等。
好了，咱們今天先來看看<code>atomic類</code>。
<code>java</code>從<code>jdk1.5</code>開始提供<code>java.util.concurrent.atomic</code>包，這裡包含了多個原子操作類。原子操作類提供了一個簡單、高效、安全的方式去更新一個變量。
atomic 包下的原子操作類有很多，可以大緻分為四種類型：
原子操作基本類型
原子操作數組類型
原子操作引用類型
原子操作更新屬性
atomic原子操作類在源碼中都使用了<code>unsafe類</code>，<code>unsafe類</code>提供了硬體級别的原子操作，可以安全地直接操作記憶體變量。後面講解源碼時再詳細介紹。
假如在業務代碼中需要實作一個計數器的功能，啪地一下，很快我們就寫出了以下的代碼：
<code>increase</code>方法對 count 變量進行遞增。
當代碼送出上庫進行<code>code review</code>時，啪地一下，很快收到了檢視意見（嚴重級别）：
如果在多線程場景下，你的計數器可能有問題。
上大一的時候老師就講過 <code>count++</code> 是非原子性的，它實際上包含了三個操作：讀資料，加一，寫回資料。
再次修改代碼，多線通路<code>increase方法</code>會有問題，那就給它加個鎖吧，count變量修改了其他線程可能不能即時看到，那就給變量加個 <code>volatile</code> 吧。
吭哧吭哧，代碼如下：
一頓操作猛如虎，再次送出代碼後，依然收到了檢視意見（建議級别）：
加鎖會影響效率，可以考慮使用原子操作類。
原子操作類？「黑人問号臉」，莫不是大佬知道我晚上有約會故意整我，不想合入代碼吧。帶着将信将疑的态度，打開百度谷歌，原來 atomicinteger 可以輕松解決這個問題，手忙腳亂一頓複制粘貼代碼搞定了，終于可以下班了。
調用<code>atomicinteger類</code>的<code>incrementandget方法</code>不用加鎖可以實作安全的遞增，這個好神奇，下面帶領大家分析一下源碼是這麼實作的，等不及了等不及了。
打開源碼，可以看到定義的incrementandget方法：
通過源碼可以看到實際上是調用了 unsafe 的一個方法，unsafe 是什麼待會再說。
我們再看看getandaddint方法的參數：第一個參數 this 是目前對象的引用；第二個參數valueoffset是用來記錄value值在記憶體中的偏移位址，第三個參數是一個常量 1；
在 atomicinteger 中定義了一個常量<code>valueoffset</code>和一個可變的成員變量 <code>value</code>：
<code>value</code> 變量儲存目前對象的值，<code>valueoffset</code> 是變量的記憶體偏移位址，也是通過調用unsafe的方法擷取。
這裡再說說 <code>unsafe</code> 這個類，人如其名：不安全的類。打開 unsafe 類會看到大部分方法都辨別了 <code>native</code>，也就是說這些都是本地方法，本地方法強依賴于作業系統平台，一般都是采用<code>c/c++</code>語言編寫，在調用 unsafe 類的本地方法實際會執行這些方法，熟悉 c/c++的小夥伴可自行下載下傳源碼研究。
好了，我們再回到最開始，調用了 unsafe 類的getandaddint方法：
通過getintvolatile方法擷取目前 atomicinteger 對象的value值，這是一個本地方法。
然後調用compareandswapint進行 cas 原子操作，嘗試在目前值的基礎上加 1，如果 cas 失敗會循環進行重試。
是以compareandswapint方法是最核心的，詳細實作大家可以自行找源碼看。這裡我們看看方法的參數，一共有四個參數：o 是指目前對象；offset 是指目前對象值的記憶體偏移位址；expected是期望值；x是修改後的值；
compareandswapint方法的思路是拿到對象 o 和 offset 後會再去取對象實際的值，如果目前值與之前取的期望值是一緻的就認為 value 沒有被修改過，直接将 value 的值更新為 x，這樣就完成了一次 cas 操作，cas 操作是通過作業系統保證原子性的。
如果目前值與期望值不一緻，說明 value 值被修改過，那麼就會重試 cas 操作直到成功。
atomicinteger類中還有很多其他的方法，如：
這些方法實作原理都是大同小異，希望大家可以舉一反三了解其他的方法。
另外還有一些其他的類，如：<code>atomiclong</code>，<code>atomicreference</code>，<code>atomicintegerarray</code>等，這裡也不再贅述，原理都是大同小異。
java 在 <code>jdk1.8版本</code> 引入了 <code>longadder</code> 類，與 <code>atomiclong</code> 一樣可以實作加、減、遞增、遞減等線程安全操作，但是在高并發競争非常激烈的場景下 <code>longadder</code> 的效率更勝一籌，後續單獨用一篇文章進行介紹。
講了半天，可能有的小夥伴還是比較懵，atomic 類到底是如何實作線程安全的？
在語言層面上，atomic 類是沒有做任何同步操作的，翻看源代碼方法沒有任何加鎖，其實最大功勞還是在 cas 身上。cas 利用作業系統的硬體特性實作了原子性，利用 cpu 多核能力實作了硬體層面的阻塞。
隻有 cas 的原子性保證就一定是線程安全的嗎？當然不是的，通過源碼發現 value 變量還用了 volatile 修飾了，保證了線程可見性。
那有些小夥伴可能要問了，那是不是加鎖就沒有用了，非也，雖然基于 cas 的線程安全機制很好很高效，但是這适合一些粒度比較小的需求才有效，如果遇到非常複雜的業務邏輯還是需要加鎖操作的。
大家學會了嗎？
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