JAVA 中无锁的线程安全整数 AtomicInteger介绍和使用

本文介绍Java中的AtomicInteger类,它提供了一种线程安全的方式来进行整数的原子操作。通过使用并发技术CAS,AtomicInteger能够在多线程环境中高效地进行加减操作。文章还提供了示例代码,展示了如何利用AtomicInteger来解决线程安全问题。

JAVA 中无锁的线程安全整数 AtomicInteger,一个提供原子操作的Integer的类。在Java语言中,++i和i++操作并不是线程安全的,在使用的时候,

不可避免的会用到synchronized关键字。而AtomicInteger则通过一种线程安全的加减操作接口。AtomicInteger为什么能够达到多而不乱,处理高并发应付自如呢?

这是由硬件提供原子操作指令实现的,这里面用到了一种并发技术:CAS。在非激烈竞争的情况下,开销更小,速度更快。
Java.util.concurrent中实现的原子操作类包括:
AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicIntegerArray、AtomicLong、AtomicReference、AtomicReferenceArray

/**
 * 来看AtomicInteger提供的接口。

 //获取当前的值
 
 public final int get()
 
 //取当前的值,并设置新的值
 
  public final int getAndSet(int newValue)
 
 //获取当前的值,并自增
 
  public final int getAndIncrement()
 
 //获取当前的值,并自减
 
 public final int getAndDecrement()
 
 //获取当前的值,并加上预期的值
 
 public final int getAndAdd(int delta) 


例子代码为:

AtomicOperationDemo.java

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.*;
/*
 * ava.util.concurrent中实现的原子操作类包括:
AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicIntegerArray、AtomicLong、AtomicReference、
AtomicReferenceArray。
 * 
 */
public class AtomicOperationDemo {
	   static AtomicInteger count=new AtomicInteger(0);
	   public static class AddThread implements Runnable{
		@Override
		public void run() {
			for(int k=0;k<1000;k++){
				count.incrementAndGet();
			}
		 } 
	   }
	   public static void AtomicIntShow(){
		 System.out.println("AtomicIntShow() enter");
		 ExecutorService threadpool =   Executors.newFixedThreadPool(10);
		 
		 for(int k=0;k<100;k++){
			 threadpool.submit(new AddThread());
		 }
		 
		 try {
			Thread.sleep(2000);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		 
		 /* output
		  * AtomicIntShow() enter
		  * result of acumulated sum=100000
		  * AtomicIntShow() exit
		  */
		 
		 System.out.println("result of acumulated sum="+count);
		 threadpool.shutdown();
		 System.out.println("AtomicIntShow() exit");
		 return ;
		
	}
}


Maintest.java

public class Maintest {
	public static void main(String[] args) {
		AtomicOperationDemo.AtomicIntShow();
	}
}

  1. /* output 
  2.           * AtomicIntShow() enter 
  3.           * result of acumulated sum=100000 
  4.           * AtomicIntShow() exit 
  5.           */  

### Java AtomicInteger线程安全实现原理 Java 中的 `AtomicInteger` 类提供了高效且无的方式实现了线程安全整数操作。其核心在于利用了底层硬件支持的原子操作,而不是传统意义上的同步。 #### 1. **线程安全的核心技术** `AtomicInteger` 主要依靠以下几种核心技术来保证线程安全性: - **原子操作 (Atomic Operations)** 原子操作是指不可中断的操作,即使在多线程环境下也不会被其他线程干扰。`AtomicInteger` 使用了 CPU 提供的 CAS(Compare And Swap)指令[^1] 来完成这一目标。CAS 指令能够比较当前值并更新为目标值,只有当当前值等于预期值时才会执行更新操作。 - **Volatile 关键字** 在 `AtomicInteger` 的内部实现中,字段通常会被声明为 `volatile`,这确保了变量修改后的可见性有序性[^3]。这意味着任何线程对这个变量的写入都会立即反映到主内存中,并且其他线程读取该变量时会看到最新的值。 - **Unsafe 类的支持** `AtomicInteger` 底层依赖于 JDK 内部的 `Unsafe` 类来进行低级的内存访问操作。具体来说,`Unsafe.compareAndSwapInt()` 方法是实现原子性的关键函数之一[^4]。此方法允许程序直接操作指定内存地址上的数据,而无需加。 #### 2. **常用 API 及其实现** 以下是 `AtomicInteger` 提供的一些重要方法及其作用: - **get() set(int newValue):** 获取或设置当前值。这些基本操作本身并不涉及复杂的逻辑,但由于它们基于 volatile 字段,因此也具备线程安全性[^2]。 - **incrementAndGet():** 将当前值增加 1 并返回新的值。这是通过循环调用 CAS 实现的,直到成功为止。 - **decrementAndGet():** 减少当前值并将新值返回。 - **addAndGet(int delta):** 对现有数值加上给定增量后再返回结果。 - **compareAndSet(int expect, int update):** 如果当前值等于期望值,则将其更改为新值;否则不做更改并返回 false。这种方法非常适合构建自定义同步结构。 下面是一个简单的例子展示如何使用 `AtomicInteger` 进行线程安全的计数器操作: ```java import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Counter { private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public void increment() { count.incrementAndGet(); } public int getCount() { return count.get(); } } ``` 在这个示例中,每次调用 `increment()` 都能在线程间保持一致性,因为所有的增减动作都由 `AtomicInteger` 自动处理好了。 --- ###
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