Java-JUC（三）：原子性变量与CAS算法
原子性
并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。
原子性：一个操作或多个操作要么全部执行完成且执行过程不被中断，要么就不执行。
可见性：当多个线程同时访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
对于单线程，在执行代码时jvm会进行指令重排序，处理器为了提高效率，可以对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证保存最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。
看下边的一个例子：
package com.dx.juc.test;
public class MyThread implements Runnable {
private int serialNumber = 0;
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + getSerialNumber());
}
public int getSerialNumber() {
return serialNumber++;
}
}调用：
package com.dx.juc.test;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread thread=new MyThread();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(thread).start();
}
}
}输出结果（有时会抛出下边异常结果，但不是每次都出现异常结果）：
Thread-1:0 Thread-3:2 Thread-2:1 Thread-0:0 Thread-4:3 Thread-5:4 Thread-7:5 Thread-6:6 Thread-9:7 Thread-8:8
上边这个操作错误的原因：
1）初始值serialNumer=0，thread-0把该值复制到自己的工作空间（线程私有的，该工作空间也可以叫做缓存），之后进行了三个操作：
操作一：int temp=serialNumber;// 从主存中将serialNumber复制到自己的工作空间
操作二：serialNumber=serialNumber+1;// 在自己的工作空间内进行运算
操作三：将serialNumber刷新到主存中
2）假设thread-0在操作三还未处理之前，thread-1从主存中复制serialNumber=0到自己的工作空间，然后thread-0触发操作三，而此时thread-1并不知道主存中的serialNumber已经被修改，它依然使用工作空间中的serialNum=0，也进行与thread-0一样的散步操作。
当thread-1触发操作三时（此时thread-0已经把主存中的serialNubmer修改为1）并不知道serialNumber是否被其他线程操作过，它就把在自己工作区修改的结果刷新到主存中，此时thread-1中的serialNum=1，之后的操作就是thread-1的值覆盖了thread-0的值，实际上他们值是一样的。
3）即时把int serialNumber添加上volatile修饰也不能避免该问题，从这里可以看出volatile是不具有原子性的。
在java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断，要么执行，要么不执行。
X=10; // 原子性（简单的读取、将数字赋值给变量） Y = x; // 变量之间的相互赋值，不是原子操作 X++; // 对变量进行计算操作，此时讲过三次操作int temp=X;X=X+1;X=temp,经过获取、修改、赋值三个操作。 X = x+1;
语句2实际包括两个操作，它先要去读取x的值，再将y值写入，两个操作分开是原子性的，合在一起就不是原子性的。
语句3、4:x++ x=x+1包括3个操作：读取x的值，x+1，将x写入，所以他们也不是原子性的。
只有语句1具有原子性。
注：可以通过synchronized和Lock实现原子性。因为synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程访问该代码块。
使用Atomic解决原子性问题
在jdk1.5以后java.util.concurrent.atomic包下，提供了
大量的原子变量，它们内部使用CAS算法。
针对上边的代码修改为如下：
package com.dx.juc.test;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class MyThread implements Runnable {
private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger();
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + getSerialNumber());
}
public int getSerialNumber() {
return serialNumber.getAndIncrement();
}
}将int serialNumber修改AtomicInteger serialNumber就具有原子性，也不在出现异常结果。
CAS算法
CAS（Compare-And-Swap）是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的，处理器中的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问。
CAS是一种无锁的非阻塞算法实现，是硬件对于并发操作的支持，保证了数据变量的原子性。
Cas包含了3个操作数：
- 内存值 V
- 预估值 A
- 更新值 B
当且仅当 V == A 时， V = B; 否则，不会执行任何操作。
简单的来说，CAS有3个操作数，要读写的内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则返回V（不做任何操作，然后重新获取主存V值，重新操作。）。这是一种乐观锁的思路，它相信在它修改之前，没有其它线程去修改它。