Java并发编程之Atomic原子操作

一、原子数组（Atomic*Array）

1. 核心功能

原子数组（如AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray）提供对数组元素的原子操作，支持无锁并发访问，避免对整个数组加锁。

示例场景：

• 多线程并发修改数组不同元素。
• 实现高性能无锁数据结构（如环形缓冲区）。

2. 代码示例：原子计数器数组

public class AtomicArrayDemo {
    private final AtomicIntegerArray counters = new AtomicIntegerArray(10); // 10个元素的原子数组

    // 线程安全地递增指定索引的计数器
    public void increment(int index) {
        counters.getAndIncrement(index); // 原子操作：index位置的元素+1
    }

    // 获取所有计数器的总和
    public int sum() {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < counters.length(); i++) {
            sum += counters.get(i);
        }
        return sum;
    }
}

二、原子更新器（Atomic*FieldUpdater）

1. 核心功能

原子更新器（如AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater）允许直接对类的volatile字段进行原子更新，无需将字段包装为原子类，适合优化已有代码。

示例场景：

• 修改第三方库中的volatile字段，避免创建AtomicReference实例。
• 减少内存开销（直接操作对象字段，无需额外包装）。

2. 代码示例：无锁对象字段更新

public class FieldUpdaterDemo {
    // 目标类（字段必须为volatile）
    public static class Config {
        volatile String value;
    }

    // 创建原子更新器
    private static final AtomicReferenceFieldUpdater<Config, String> updater =
        AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(Config.class, String.class, "value");

    public static void main(String[] args) {
        Config config = new Config();
        updater.compareAndSet(config, null, "NewValue"); // 原子更新value字段
        System.out.println(config.value); // 输出：NewValue
    }
}

三、原子累加器（LongAdder、LongAccumulator）

1. 核心功能

原子累加器通过分段锁减少竞争，在高并发场景下性能显著优于AtomicLong。

• LongAdder：专为累加操作优化（add()、sum()）。
• LongAccumulator：支持自定义累加函数（如最大值、最小值）。

示例场景：

• 高并发统计（如网站访问量计数）。
• 实时聚合计算（如最小值、最大值）。

2. 代码示例：高并发计数器

public class AccumulatorDemo {
    private final LongAdder totalRequests = new LongAdder(); // 总请求数
    private final LongAccumulator maxLatency = 
        new LongAccumulator(Long::max, 0); // 最大延迟（初始值0）

    // 处理请求
    public void handleRequest(long latency) {
        totalRequests.increment();          // 累加请求数
        maxLatency.accumulate(latency);     // 更新最大延迟
    }

    // 获取统计数据
    public void printStats() {
        System.out.println("Total: " + totalRequests.sum());
        System.out.println("Max latency: " + maxLatency.get());
    }
}