java多線程-06-atomic包

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本文首發(fā)于并發(fā)網(wǎng)，作者：方騰飛

引言

Java從JDK1.5開(kāi)始提供了java.util.concurrent.atomic包必逆，方便程序員在多線程環(huán)境下样漆，無(wú)鎖的進(jìn)行原子操作人断。原子變量的底層使用了處理器提供的原子指令蚁署，但是不同的CPU架構(gòu)可能提供的原子指令不一樣绣版，也有可能需要某種形式的內(nèi)部鎖,所以該方法不能絕對(duì)保證線程不被阻塞鲤拿。

Atomic包介紹

在Atomic包里一共有12個(gè)類(lèi)假褪，四種原子更新方式，分別是原子更新基本類(lèi)型近顷，原子更新數(shù)組生音，原子更新引用和原子更新字段。Atomic包里的類(lèi)基本都是使用Unsafe實(shí)現(xiàn)的包裝類(lèi)窒升。

原子更新基本類(lèi)型類(lèi)

用于通過(guò)原子的方式更新基本類(lèi)型缀遍，Atomic包提供了以下三個(gè)類(lèi)：

AtomicBoolean：原子更新布爾類(lèi)型。
AtomicInteger：原子更新整型饱须。
AtomicLong：原子更新長(zhǎng)整型域醇。

AtomicInteger的常用方法如下：

int addAndGet(int delta) ：以原子方式將輸入的數(shù)值與實(shí)例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回結(jié)果
boolean compareAndSet(int expect, int update) ：如果輸入的數(shù)值等于預(yù)期值，則以原子方式將該值設(shè)置為輸入的值譬挚。
int getAndIncrement()：以原子方式將當(dāng)前值加1锅铅，注意：這里返回的是自增前的值。
void lazySet(int newValue)：最終會(huì)設(shè)置成newValue殴瘦，使用lazySet設(shè)置值后狠角，可能導(dǎo)致其他線程在之后的一小段時(shí)間內(nèi)還是可以讀到舊的值。關(guān)于該方法的更多信息可以參考并發(fā)網(wǎng)翻譯的一篇文章《AtomicLong.lazySet是如何工作的蚪腋？》
int getAndSet(int newValue)：以原子方式設(shè)置為newValue的值丰歌，并返回舊值。

AtomicInteger例子代碼如下：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicIntegerTest {

    static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ai.getAndIncrement());
        System.out.println(ai.get());
    }

}

輸出

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餐后甜點(diǎn)

Atomic包提供了三種基本類(lèi)型的原子更新屉凯，但是Java的基本類(lèi)型里還有char立帖，float和double等。那么問(wèn)題來(lái)了悠砚，如何原子的更新其他的基本類(lèi)型呢晓勇？Atomic包里的類(lèi)基本都是使用Unsafe實(shí)現(xiàn)的，讓我們一起看下Unsafe的源碼灌旧，發(fā)現(xiàn)Unsafe只提供了三種CAS方法绑咱，compareAndSwapObject，compareAndSwapInt和compareAndSwapLong枢泰，再看AtomicBoolean源碼描融，發(fā)現(xiàn)其是先把Boolean轉(zhuǎn)換成整型，再使用compareAndSwapInt進(jìn)行CAS衡蚂，所以原子更新double也可以用類(lèi)似的思路來(lái)實(shí)現(xiàn)窿克。

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原子更新數(shù)組類(lèi)

通過(guò)原子的方式更新數(shù)組里的某個(gè)元素，Atomic包提供了以下三個(gè)類(lèi)：

AtomicIntegerArray：原子更新整型數(shù)組里的元素毛甲。
AtomicLongArray：原子更新長(zhǎng)整型數(shù)組里的元素年叮。
AtomicReferenceArray：原子更新引用類(lèi)型數(shù)組里的元素。

AtomicIntegerArray類(lèi)主要是提供原子的方式更新數(shù)組里的整型玻募，其常用方法如下

int addAndGet(int i, int delta)：以原子方式將輸入值與數(shù)組中索引i的元素相加只损。
boolean compareAndSet(int i, int expect, int update)：如果當(dāng)前值等于預(yù)期值，則以原子方式將數(shù)組位置i的元素設(shè)置成update值七咧。

實(shí)例代碼如下：

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]);
    }

}

輸出

3
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AtomicIntegerArray類(lèi)需要注意的是改执，數(shù)組value通過(guò)構(gòu)造方法傳遞進(jìn)去，然后AtomicIntegerArray會(huì)將當(dāng)前數(shù)組復(fù)制一份坑雅，所以當(dāng)AtomicIntegerArray對(duì)內(nèi)部的數(shù)組元素進(jìn)行修改時(shí)，不會(huì)影響到傳入的數(shù)組衬横。

原子更新引用類(lèi)型

原子更新基本類(lèi)型的AtomicInteger裹粤，只能更新一個(gè)變量，如果要原子的更新多個(gè)變量，就需要使用這個(gè)原子更新引用類(lèi)型提供的類(lèi)遥诉。Atomic包提供了以下三個(gè)類(lèi)：

AtomicReference：原子更新引用類(lèi)型拇泣。
AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用類(lèi)型里的字段。
AtomicMarkableReference：原子更新帶有標(biāo)記位的引用類(lèi)型矮锈∶瓜瑁可以原子的更新一個(gè)布爾類(lèi)型的標(biāo)記位和引用類(lèi)型。構(gòu)造方法是AtomicMarkableReference(V initialRef, boolean initialMark)

AtomicReference的使用例子代碼如下：

public class AtomicReferenceTest {

    public static AtomicReference<user> atomicUserRef = new AtomicReference<user>();

    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("conan", 15);
        atomicUserRef.set(user);
        User updateUser = new User("Shinichi", 17);
        atomicUserRef.compareAndSet(user, updateUser);
        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;
        }
    }
}

輸出

Shinichi
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原子更新字段類(lèi)

如果我們只需要某個(gè)類(lèi)里的某個(gè)字段苞笨，那么就需要使用原子更新字段類(lèi)债朵，Atomic包提供了以下三個(gè)類(lèi)：

AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。
AtomicLongFieldUpdater：原子更新長(zhǎng)整型字段的更新器瀑凝。
AtomicStampedReference：原子更新帶有版本號(hào)的引用類(lèi)型序芦。該類(lèi)將整數(shù)值與引用關(guān)聯(lián)起來(lái)，可用于原子的更數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的版本號(hào)粤咪，可以解決使用CAS進(jìn)行原子更新時(shí)谚中，可能出現(xiàn)的ABA問(wèn)題。

原子更新字段類(lèi)都是抽象類(lèi)寥枝，每次使用都時(shí)候必須使用靜態(tài)方法newUpdater創(chuàng)建一個(gè)更新器宪塔。原子更新類(lèi)的字段的必須使用public volatile修飾符。AtomicIntegerFieldUpdater的例子代碼如下：

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));
    }

    public 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;
        }
    }
}

輸出

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