Java 併發基礎知識 原子類的 AtomicMarkableReference 已完全解析

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J**A 併發基礎：原子類的 AtomicMarkableReference 綜合分析 - Programmer Goodatomicmarkablereference類可以保證引用和布林標誌的原子性更新，有效避免多執行緒環境中的競爭條件，並提供輕鬆實現基於條件的原子性操作的方法，提高程式的併發安全性和可靠性。

atomicmarkablereference類將布林標記與引用相關聯，並且可以以原子方式更新該對，因此在多執行緒環境中，您可以確保標記和引用的更新是不可分割的操作，而不會被其他執行緒觀察到中間狀態。

模擬乙個業務場景，假設有乙個**購物平台，其中有乙個非常重要的業務就是庫存管理，在這個系統中，每個商品都有乙個庫存數量，當庫存數量為零時，產品就無法再被購買，但是，由於系統是高併發的，可能會有多個執行緒（可能是多個使用者同時發起乙個購買請求）同時嘗試減少同一產品的庫存。

在這種情況下，可以使用它atomicmarkablereference為了解決這個問題，你可以將庫存數量封裝在乙個物件中並使用它atomicmarkablereference要引用此物件，可以使用標記位來指示庫存數量是否已被另乙個執行緒“鎖定”以減少。

當乙個執行緒試圖減少庫存時，會先檢查標記位，如果標記位指示庫存未鎖定，則執行緒會嘗試將標記位原子設定為“鎖定”狀態，並獲取當前庫存數量，如果成功，執行緒可以安全地減少庫存，而不必擔心其他執行緒同時修改它， 減少庫存後，執行緒將原子清除標記位，表示庫存現在可以被其他執行緒鎖定和修改。

如果鎖定清單的嘗試失敗（因為另乙個執行緒已鎖定清單），則該執行緒可以選擇重試、等待或使用該執行緒向使用者返回錯誤訊息atomicmarkablereference在高併發環境下保證庫存數量的正確性和一致性，避免超賣。

atomicmarkablereference類主要用於解決併發環境中的資料一致性問題，特別是當需要以原子方式更新引用及其關聯狀態（通常由布林標記表示）時，並且通常可用於解決類似於以下內容的問題：

無鎖資料結構：在實現無鎖（lock-free） 或基於樂觀鎖 （optimistic locking） 資料結構atomicmarkablereference它可用於以原子方式更新節點的引用和狀態。 狀態跟蹤：當您需要跟蹤物件的狀態時可以使用atomicmarkablereference。例如，可能有乙個物件需要跨多個執行緒共享，您需要通過在其中儲存物件和標記（表示處理狀態）來了解該物件是否已經處理atomicmarkablereference在檢查和處理物件時，可以確保操作的原子性。 快取一致性：構建快取系統時atomicmarkablereference這可用於確保快取的條目以原子方式更新，例如，當快取的條目需要失效或更新時，可以使用標記來指示條目的有效性並使用atomicmarkablereference以原子方式更新條目和標籤。 避免 ABA 問題：使用基於比較和交換 （compare-and-swap, cas當你操作原子類時，你可能會遇到所謂的 ABA 問題，這意味著乙個變數的原始值為 a，然後另乙個執行緒將其更改為 b，然後又將其更改回 a，因此用 cas 檢查此變數的執行緒會發現它的值沒有更改， 但實際上它已經被其他執行緒修改了。atomicmarkablereference通過引入額外的標記位可以避免此問題，因為標記位的變化可用於檢測中間的狀態變化，即使引用的值沒有變化。 下面是乙個簡單的 j**a**，演示了如何使用它atomicmarkablereference類：

import j**a.util.concurrent.atomic.atomicmarkablereference; 

public class atomicmarkablereferencedemo 

atomicmarkablereference實現原理主要依靠底層硬體支援，尤其是原子性（compare-and-swap, cas） 操作。Cas 操作是一種無鎖演算法，允許多個執行緒在不使用鎖的情況下安全地操作共享資料。

在atomicmarkablereference，CAS 操作用於確保引用和標記的同時更新是原子的，特別是atomicmarkablereference內部維護兩個字段：乙個是引用物件，另乙個是布林標籤，兩個欄位的更新都是原子的，這是通過 cas 操作實現的。

但atomicmarkablereference事實上，它不是使用單個 cas 操作來更新引用和標記，而是使用兩個單獨的 cas 操作，並且兩個操作之間需要有某種方式來確保原子性，這通常是通過在內部使用迴圈來實現的，該迴圈一直持續到引用和標記都成功更新為止， 或直到確定更新不太可能成功。

為了保證原子性，atomicmarkablereference採用一種稱為“雙 cas”或“雙重檢查鎖定”的技術，它包括兩個步驟：首先檢查引用和標籤的當前值是否與預期值匹配，如果匹配，則執行 CAS 操作以嘗試更新它們，如果在此過程中，任一值發生變化（由於其他執行緒的併發修改）， 然後更新失敗，需要重試。

底層演算法的核心是兩個 CAS 操作：乙個用於更新參考，另乙個用於更新標記，這兩個操作都需要滿足某些條件才能成功。 嘗試更新引用時，需要確保當前標記值與預期的標記值匹配; 同樣，在嘗試更新標籤時，您需要確保當前引用值與預期的引用值匹配。

然而，這兩個 cas 操作並不是完全獨立的，它們被組合在一起，以確保在引用和標記的更新之間不會發生其他執行緒的干擾，這通常是通過在內部使用乙個迴圈來實現的，該迴圈嘗試更新引用和標記，直到它成功或確定它不能成功（例如， 由於其他執行緒的併發修改，不再滿足條件）。

總結：atomicmarkablereference類，利用底層CAS 操作以及乙個一種稱為“雙 CAS”或“雙檢查鎖定”的技術。在併發環境中實現對引用和標記的原子更新。 然而，重要的是要注意，並非所有方法都是原子的（例如set方法），使用時需要特別小心，以確保螺紋安全。

在這裡：atomicmarkablereference類中主要方法的含義：

atomicmarkablereference(v initialref, boolean initialmark)建構函式，用於建立乙個新的建構函式atomicmarkablereference例項，設定初始引用值和標籤。 v getreference()獲取當前引用的物件。 boolean ismarked()獲取當前標記的值。 void set(v newreference, boolean newmark)設定新的參考值和標籤，注意此方法不是原子的; 它首先設定引用，然後設定標誌，如果需要原子性，則應使用該標誌compareandset方法。 boolean weakcompareandset(v expectreference, v newreference, boolean expectedmark, boolean newmark)以原子方式設定引用和標記的值，但如果當前引用等於expectreference當前標籤等於expectedmark，則更新為newreference跟newmark，此方法可能會更頻繁地失敗並需要迴圈重試，但它對系統其餘部分的干擾較小。 boolean compareandset(v expectreference, v newreference, boolean expectedmark, boolean newmark)如果當前引用等於expectreference當前標籤等於expectedmark，則更新為newreference跟newmark，提供強大的一致性保證。 boolean attemptmark(v expectedreference, boolean newmark)如果當前基準電壓源等於expectedreference，標記在原子上設定為newmark。這些方法提供對標記引用的原子操作，這些引用可以在多執行緒環境中安全地使用compareandset方法是此類中最常用的方法之一，因為它提供了一種以執行緒安全方式更新引用的方法，僅當引用和標記的當前值與預期值匹配時。

注意：set方法可以設定新的引用和標記，但它不提供原子性保證，如果在設定引用和標記時需要保持它們的原子性，則應使用這些方法compareandset或weakcompareandset方法。

J**A 併發基礎：原子類的 AtomicMarkableReference 綜合分析 - Programmer Goodatomicmarkablereference該類的優點是可以保證多執行緒環境下引用和標籤的原子性更新，有效避免競爭條件，提高程式的併發安全性，使用起來相對簡單直觀compareandset等方法可以輕鬆實現基於舊值的條件更新。

它比普通的原子引用占用更多的空間，因為它需要儲存乙個額外的標籤，這在高併發方案中可能會產生效能開銷，因為需要同時更新引用和標籤。

當您需要在併發環境中維護引用並根據條件（由標記表示）以原子方式更新它時，建議這樣做。atomicmarkablereference但是，在效能要求極高或對記憶體使用情況敏感的情況下，可能需要權衡使用其他同步機制或資料結構的開銷和收益。

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