Java并发--Java中的13个原子操作类详解

超、凢脫俗 2021-08-13 14:18 395阅读 0赞

### 原子操作类 ###

Java从JDK1.5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。

因为变量有很多种，所以在Atomic包里一共提供了13个类（基本都是Unsafe实现的包装类），属于4种类型的原子更新方式，分别为：

*  原子更新基本类型
 *  原子更新数组
 *  原子更新引用
 *  原子更新属性（字段）

### 原子更新基本类型 ###

*  **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样，以AtomicInteger为例：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">方法</th> 
   <th align="left">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>int addAndGet(int delta)</strong></td> 
   <td align="left">以原子方式将输入和数值与实例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回结果。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>boolean compareAndSet(int expect, int update)</strong></td> 
   <td align="left">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。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>int getAndIncrement()</strong></td> 
   <td align="left">以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>void lazySet(int newValue)</strong></td> 
   <td align="left">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取到旧的值。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><strong>int getAndSet(int newValue)</strong></td> 
   <td align="left">以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

示例：

public class AtomicIntegerTest { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);
    
            System.out.println(ai.getAndIncrement());
            System.out.println(ai.get());
        }
    }

输出：

1
    2

### 原子更新数组 ###

*  **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

以上几个类提供的方法几乎一样，以AtomicIntegerArray为例：

AtomicIntegerArray主要提供原子的方式更新数组里的整型，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。

示例：

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

输出：

3
    1

需要注意的是，数组arr通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会讲当前数组复制一份，所以当AtomicIntegerArrayList对内部的数组元素进行丢改时，不会影响传入的数组。

### 原子更新引用类型 ###

*  **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。可以原子更行一个布尔类型的标记位和引用类型。  
    构造方法为：AtomicMarkableReference(V initialRef, boolean initiaMark)

以AtomicReference为例：

public class AtomicReferenceTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            AtomicReference<User> arf = new AtomicReference<User>();
    
            User user = new User("tom", 18);
            arf.set(user);//传入引用
            User updateUser = new User("TOM", 88);
            arf.compareAndSet(user, updateUser);//比较，如果一致，就更新。
            System.out.println(arf.get().getName());
            System.out.println(arf.get().getAge());
    
        }
    }
    
    class User{ 
        private String name;
        private int age;
    
        public User(String name, int age){ 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        public String getName() { 
            return name;
        }
    
        public int getAge() { 
            return age;
        }
    }

首先构建一个user对象，然后把user对象设置进AtomicReference中，最后调用compareAndSet方法进行原子更新操作。

输出：

TOM
    88

### 原子更新字段类 ###

*  **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。

想要原子更新字段需要两步：

*  第一步：因为原子更细字段类都是抽象类，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。

以上3个类提供的方法几乎一样，所以以AtomicIntegerFieldUpdater为例：

package pers.zhang.atomic;
    
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;
    
    /** * @author zhang * @date 2020/1/17 - 15:38 */
    public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            //创建原子更新器，并设置需要更新的对象和属性
            AtomicIntegerFieldUpdater<User> aifu = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");
    
            //设置tom为10岁
            User user = new User("tom", 10);
            //tom长了一岁，但是仍输出旧的年龄
            System.out.println(aifu.getAndIncrement(user));
            //输出tom现在的年龄
            System.out.println(aifu.get(user));
    
        }
    
        public static class User{ 
            public volatile String name;
            public volatile int age;
    
            public User(String name, int age){ 
                this.name = name;
                this.age = age;
            }
    
            public String getName() { 
                return name;
            }
    
            public int getAge() { 
                return age;
            }
        }
    }

输出：

10
    11