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Java中的13个原子操作类

zjq-blogs 2020-11-26 08:48 原文

　　当程序更新一个变量时，如果多线程同时更新这个变量，可能得到期望之外的值，比如变量i=1，A线程更新i+1，B线程也更新i+1，经过两个线程操作之后可能i不等于3，而是等于2。因为A和B线程在更新变量i的时候拿到的i都是1，这就是线程不安全的更新操作，通常我们会使用synchronized来解决这个问题，synchronized会保证多线程不会同时更新变量i。

而Java从JDK 1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包（以下简称Atomic包），这个包中的原子操作类提供了一种用法简单、性能高效、线程安全地更新一个变量的方式。

因为变量的类型有很多种，所以在Atomic包里一共提供了13个类，属于4种类型的原子更新方式，分别是原子更新基本类型、原子更新数组、原子更新引用和原子更新属性（字段）。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

1、原子更新基本类型类

使用原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下3个类。
·AtomicBoolean：原子更新布尔类型。
·AtomicInteger：原子更新整型。
·AtomicLong：原子更新长整型。

以上3个类提供的方法几乎一模一样，所以本节仅以AtomicInteger为例进行讲解，AtomicInteger的常用方法如下。

·int addAndGet（int delta）：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回结果。

·boolean compareAndSet（int expect，int update）：如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。

·int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值。

·void lazySet（int newValue）：最终会设置成newValue，使用lazySet设置值后，可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。

·int getAndSet（int newValue）：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。

2、原子更新数组

通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic包提供了以下4个类。
·AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。
·AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。
·AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。

·AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下。
​ ·int addAndGet（int i，int delta）：以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。
​ ·boolean compareAndSet（int i，int expect，int update）：如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AtomicIntegerArray为例进行讲解

public class AtomicIntegerArrayTest{
    static int[] value = new int[]{1,2};
    static AtomicIntegerArray ai = new AtomicIntegerArray(value);
    public static void main(String[] args) {
        ai.getAndSet(0,3);
        System.out.println(ai.get(0));
        System.out.println(value[0]);
    }
}

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需要注意的是，数组value通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份，所以当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行修改时，不会影响传入的数组。

3、原子更新引用类型

原子更新基本类型的AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic包提供了以下3个类。

·AtomicReference：原子更新引用类型。

·AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。

·AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。可以原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型。构造方法是AtomicMarkableReference（V initialRef，booleaninitialMark）。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AtomicReference为例进行讲解，AtomicReference的使用示例代码如代码清单7-5所示。

public class AtomicReferenceTest {
    public static AtomicReference<User> atomicUserRef = new AtomicReference<>();

    public static void main(String[] args) {
        User conan = new User("conan", 15);
        atomicUserRef.set(conan);
        User shinichi = new User("Shinichi", 17);
        atomicUserRef.compareAndSet(conan, shinichi);
        System.out.println(atomicUserRef.get().getName());
        System.out.println(atomicUserRef.get().getOld());
    }

    static class User{
        private String name;
        private int old;

        public User(String name, int old) {
            this.name = name;
            this.old = old;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public int getOld() {
            return old;
        }
    }
}

4、原子更新字段类

如果需原子地更新某个类里的某个字段时，就需要使用原子更新字段类，Atomic包提供
了以下3个类进行原子字段更新。
·AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。
·AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。
·AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用CAS进行原子更新时可能出现的ABA问题。

要想原子地更新字段类需要两步。第一步，因为原子更新字段类都是抽象类，每次使用的时候必须使用静态方法newUpdater()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。第二步，更新类的字段（属性）必须使用public volatile修饰符。

以上3个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AstomicIntegerFieldUpdater为例进行讲解，
AstomicIntegerFieldUpdater的示例代码如代码清单7-6所示。

public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {

    private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> a = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "old");

    public static void main(String[] args) {
        User conan = new User("conan", 10);
        System.out.println(a.getAndIncrement(conan));
        System.out.println(a.get(conan));

    }
    static class User{
        private String name;
        public volatile int old;

        public User(String name, int old) {
            this.name = name;
            this.old = old;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public int getOld() {
            return old;
        }
    }
}
转自：有梦想的咸鱼

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