浅谈AtomicInteger

AtomicInteger源码解析

原子类，以常用的AtomicInteger为例，分析其源码，了解它的实现。

AtomicInteger的源码不多，有两个比较重要类属性，unsafe和valueOffset。

unsafe

Unsafe，一个不安全的操作类(方法大部分为native)，包括有控制内存的申请与释放(堆外)等，AtomicInteger用到的是Unsafe类中的CAS(compareAndSwapInt)操作。

由于这个类比较特别，所以Java对其作了限制，限制获取其实例，它的构造方法是私有的，只允许能通过getUnsafe方法来获取对象实例，但是其方法会判断类加载器是否是启动类加载器，若不是则会抛出异常，代码如下：

public static Unsafe getUnsafe() {
    Class var0 = Reflection.getCallerClass();
    if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
        throw new SecurityException("Unsafe");
    } else {
        return theUnsafe;
    }
}

所以获取Unsafe实例有两个方法：

1. 使用启动类加载器加载主代码
2. 使用反射

使用示例

使用lombok插件依赖，通过Unsafe获取修改类对象属性，这里涉及到偏移量，下面的valueOffset会介绍偏移量的理解。

User.java

@Data
public class User {
    public int num;
    private Integer id;
    private String name;
}

Main.java

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        theUnsafe.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) theUnsafe.get(Unsafe.class);
        User user = new User();
        long id = unsafe.objectFieldOffset(User.class.getDeclaredField("id"));
        unsafe.putObject(user, id, 334);
        long name = unsafe.objectFieldOffset(User.class.getDeclaredField("name"));
        unsafe.putObject(user, name, "233");
        System.out.println("user = " + user);
        System.out.println("unsafe.getObject(user, name) = " + unsafe.getObject(user, name));
        long num = unsafe.objectFieldOffset(User.class.getDeclaredField("num"));
        unsafe.putInt(user, num, 111);
        System.out.println("user = " + user);
    }
}

valueOffset

AtomicInteger有一个对象属性value，valueOffset为类属性，它表示类对象value属性偏移量，可以这样理解：AtomicInteger类对象的实例的每个固定偏移量的位置是value属性的存储位置。打个比方，想找到中指的位置，只要知道从边缘的手指处开始数，数到3的那个手指就是中指，只要是个正常的人类，按这个偏移量3去数都会找到中指的位置。

AtomicInteger通过Unsafe的方法去获取对象属性value的偏移量，代码如下：

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

自旋CAS

自旋并进行CAS(compareAndSwapInt)是AtomicInteger的核心，以常用的incrementAndGet来说明，源码如下：

public final int incrementAndGet() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}

incrementAndGet方法或者说AtomicInteger类，其实大部分都是基于unsafe的CAS包装和加料，unsafe的getAndAddInt方法源码如下：

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

这里可以看到自旋的进行compareAndSwapInt直至成功为止，如果其他线程成功更新了value的值，那么通过unsafe的getIntVolatile方法可以获取到最新值再进行更新。