第7章 Java中的13个原子操作类

第7章 Java中的13个原子操作类

• 线程不安全的更新操作，通常会使用synchronized来解决问题
• 从JDK 1.5开始提供了java.util.concurrent.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
• 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

7.1 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AtomicInteger为例，AtomicInteger的常用方法

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，并返回自增前的值
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

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public final int getAndIncrement() {
    
    
	for (;;) {
    
    
		int current = get();
		int next = current + 1;
		if (compareAndSet(current, next))
			return current;
	}
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    
    
	return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

• for循环体的第一步先取得AtomicInteger里存储的数值
• 第二步对AtomicInteger的当前数值进行加1操作
• 第三步调用compareAndSet()方法来进行原子更新操作，该方法先检查当前数值是否等于current
  • AtomicInteger的值没有被其他线程修改过，则将AtomicInteger的当前数值更新成next的值
  • 如果不等，compareAndSet()方法会返回false，程序会进入for循环重新进行compareAndSet操作

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public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object x);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x);
public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset, long expected, long x);

• Atomic包的类基本都是使用Unsafe实现
• 通过AtomicBoolean源码可得知，先把Boolean类型转换成整型，再使用用compareAndSwapInt进行CAS
• 原子更新char、float和double变量也可以用类似的思路

7.2 原子更新数组

• 使用原子的方式更新数组里的元素，Atomic包提供了3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
• 以AtomicIntegerArray为例，AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，AtomicIntegerArray类的常用方法

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

• 注意
  • 数组通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份
  • 当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行修改时，不会影响传入的数组

7.3 原子更新引用类型

• 使用原子的方式更新引用类型，Atomic包提供了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，boolean initialMark）

7.4 原子更新字段类

• 使用原子的方式更新字段类，Atomic包提供了3个类
  • 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
• 原子的更新字段类需要两步
  • 原子更新字段类是抽象类，必须使用静态方法newUpdater()创建一个更新器，并设置想要更新的类和属性
  • 更新类的字段（属性）必须被public volatile修饰符

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《Java并发编程艺术》

方腾飞 魏鹏 程晓明 著

机械工业出版社