使用Unsafe实现“无锁”的原子数据结构 | 锁系列-Java中的锁

现在市面上很少有关于Unsafe的话题。这个Unsafe有个compareAndSwap方法是原子的，并且使用这个方法可以实现高性能的lock-free的数据结构。

现在我们假设一个场景，多个线程试图同时访问计数器：

首先我们定义一个计数器的接口：

然后我们定义一个工作线程 CounterClient ，里边使用我们传入的具体实现的Counter：

测试demo代码：

首先我们实现一个没有同步的计数器：

输出:

速度倒是挺快的，但是线程之间完全没有排队，所以自然结果是不正确的。

接下来我们通过添加synchronized关键字来实现简答的计数器：

输出:

返回结果是正确的。但是速度明显下降了。接下来我们尝试使用ReentrantReadWriteLock:

输出:

结果依然是没问题的, 而且性能看起来要好了一点。 如果我们使用原子类型呢？接下来看看吧：

输出:

使用原子类型，结果自然是正确的，而且性能貌似看起来更好了

最后，我们尝试使用Unsafe这个底层的类中的compareAndSwapLong，也就是CAS来看看效果：

输出:

结果自然是正确的。其实原子类型的内部实现就是使用Unsafe的CAS。

事实上，这个例子非常的简单，但它却展示了Unsafe的力量和神奇之处。

就像我们前面说到的那样，CAS原子操作可以被用作实现“无锁”的数据结构。

背后的原理很简单：

1、 拥有一个状态

2、复制一份这个状态

3、然后修改它

4、然后执行CAS

5、如果失败则重试

当然了，实际上远比我们想像的要难得多。 有很多问题，如ABA问题，指令重新排序等。

另外其实也可以尝试在counter添加volatile关键字来避免死锁。

另外就是Unsafe这个类，我们普通的开发并不能轻易的访问到。上面的代码中使用到了反射来搞定，所以性能会有一些损耗。

Java是一个安全的开发工具，它阻止开发人员犯很多低级的错误，而大部份的错误都是基于内存管理方面的。如果你想搞破坏，可以使用Unsafe这个类。这个类是属于sun.* API中的类，并且它不是J2SE中真正的一部份，因此你可能找不到任何的官方文档，更可悲的是，它也没有比较好的代码文档。

而且据说在Java9以后，这个类会被彻底隐藏掉，这个类也是蛮心酸的。