AtomicInteger

    AtomicInteger 是一个支持原子操作的 Integer 类,就是保证对AtomicInteger类型变量的增加和减少操作是原子性的,不会出现多个线程下的数据不一致问题。通常情况下,在Java里面,++i或者--i不是线程安全的,这里面有三个独立的操作:获取变量当前值,为该值+1/-1,然后写回新的值。在没有额外资源可以利用的情况下,只能使用加锁才能保证读-改-写这三个操作时“原子性”的。

   先看AtomicInteger中的几个方法:

int addAndGet(int delta)
         
以原子方式将给定值与当前值相加。实际上就是等于线程安全版本的i=i+delta操作。

boolean compareAndSet(int expect, int update)
         
如果当前值 ==预期值,则以原子方式将该值设置为给定的更新值。如果成功就返回true,否则返  回false,并且不修改原值。

int decrementAndGet()
         
以原子方式将当前值减 1相当于线程安全版本的--i操作。

int get()
         
获取当前值。

int getAndAdd(intdelta)
         
以原子方式将给定值与当前值相加。相当于线程安全版本的t=i;i+=delta;returnt;操作。

int getAndDecrement()
        
 以原子方式将当前值减 1相当于线程安全版本的i--操作。

int getAndIncrement()
        
 以原子方式将当前值加 1相当于线程安全版本的i++操作。

int getAndSet(intnewValue)
         
以原子方式设置为给定值,并返回旧值。相当于线程安全版本的t=i;i=newValue;returnt;操作。

int incrementAndGet()
         
以原子方式将当前值加 1相当于线程安全版本的++i操作。 

 

再看源码:

<span style="font-size:18px;">package java.util.concurrent.atomic;
import sun.misc.Unsafe;

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;

    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;

    static {
      try {
        valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
      } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

    private volatile int value;

  
    public AtomicInteger(int initialValue) {
        value = initialValue;
    }
    public AtomicInteger() {
    }

   
    public final int get() {
        return value;
    }

    
    public final void set(int newValue) {
        value = newValue;
    }

  
    public final void lazySet(int newValue) {
        unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);
    }

   //以原子方式设置为给定值,并返回旧值。
    public final int getAndSet(int newValue) {
        for (;;) {
            int current = get();
            if (compareAndSet(current, newValue))
                return current;
        }
    }

   //如果当前值 ==预期值,则以原子方式将该值设置为给定的更新值。如果成功就返回,否则返回,并且不修改原值。
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
	return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

    
   public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) {
	return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

    //以原子方式将当前值加1。相当于线程安全版本的i++操作。
    public final int getAndIncrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

  //以原子方式将当前值减 1相当于线程安全版本的i--操作。
    public final int getAndDecrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current - 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

    //以原子方式将给定值与当前值相加。相当于线程安全版本的操作。
    public final int getAndAdd(int delta) {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + delta;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

  //以原子方式将当前值加 1相当于线程安全版本的++i操作。
    public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

   //以原子方式将当前值减 1。相当于线程安全版本的--i操作。
    public final int decrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current - 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

   //以原子方式将给定值与当前值相加。实际上就是等于线程安全版本的i=i+delta操作
    public final int addAndGet(int delta) {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + delta;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

}


  </span>

      通过源码可以发现,AtomicInteger并没有使用Synchronized关键字实现原子性,几乎所有的数据更新都用到了compareAndSet(int expect, int update)这个方法。那么就不难看出AtomicInteger这个类的最核心的函数就是compareAndSet(int expect, int update)。
      那么compareAndSet(int expect, int update)是干什么的呢????

我们以getAndIncrement()方法为例,它的源码如下:

<span style="font-size:18px;">public final int getAndIncrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }
</span>


      单看这段 代码 很难保证原子性, 因为根本没有更新value 的操作

 

      重点在于compareAndSet() 函数

public final boolean compareAndSet(int expect,int update)
如果当前值 == 预期值,则以原子方式将 当前值 设置为给定的更新值

参数:
expect - 预期值
update - 新值
返回:
如果成功,则返回 true。返回 False 指示实际值与预期值不相等。

    该函数 只有两个参数,可操作的确实三个值 ,即 value ,expect, update. 他使用了 由硬件保证其原子性的指令 CAS (compare and swap)。

    compareAndSet  函数保证了 比较,赋值这两步操作可以通过一个原子操作完成。

    然后看整个函数, 所有代码被放到了一个循环里面, 如果compareAndSet()执行失败,则说明 在int current = get(); 后,其他线程对value进行了更新, 于是就循环一次,重新获取当前值,直到compareAndSet()执行成功为止。

这里需要注意的是AtomicInteger所利用的是基于冲突检测的乐观并发策略(CAS自旋锁)。 所以这种乐观在线程数目非常多的情况下,失败的概率会指数型增加。

### AtomicInteger 的线程安全用法示例 `AtomicInteger` 是 Java 提供的一个用于多线程环境下的原子操作类[^1]。它通过无锁机制(基于 CAS,Compare-And-Swap)来保证线程安全,而无需显式使用 `synchronized` 关键字。以下是关于 `AtomicInteger` 的基本用法和一个线程安全的示例。 #### 基本用法 `AtomicInteger` 提供了多种原子操作方法,例如 `getAndIncrement()`、`incrementAndGet()`、`compareAndSet()` 等。这些方法确保在多线程环境下对共享变量的操作是线程安全的。 以下是一个简单的例子,展示如何使用 `AtomicInteger` 来生成唯一的序列号: ```java import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Sequencer { private final AtomicInteger sequenceNumber = new AtomicInteger(0); public int next() { return sequenceNumber.getAndIncrement(); // 原子性地获取并递增 } public static void main(String[] args) { Sequencer sequencer = new Sequencer(); System.out.println(sequencer.next()); // 输出 0 System.out.println(sequencer.next()); // 输出 1 System.out.println(sequencer.next()); // 输出 2 } } ``` 在这个例子中,`getAndIncrement()` 方法以原子方式返回当前值并将其递增[^2]。 #### 多线程环境下的线程安全示例 为了演示 `AtomicInteger` 在多线程环境下的线程安全性,可以参考以下代码: ```java import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class AtomicIntegerExample { private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); public void incrementCounter() { counter.incrementAndGet(); // 原子性地递增计数器 } public int getCounterValue() { return counter.get(); // 获取当前值 } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { AtomicIntegerExample example = new AtomicIntegerExample(); ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10); for (int i = 0; i < 1000; i++) { executor.submit(example::incrementCounter); } executor.shutdown(); executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES); System.out.println("Final Counter Value: " + example.getCounterValue()); } } ``` 在这个例子中,多个线程同时调用 `incrementCounter()` 方法来递增共享的 `AtomicInteger` 变量。由于 `incrementAndGet()` 方法是原子操作,因此即使在高并发环境下,最终的结果也始终是正确的[^4]。 #### 注意事项 尽管 `AtomicInteger` 提供了线程安全的操作,但需要注意的是,仅当操作完全依赖于单个 `AtomicInteger` 实例时,才能保证线程安全。如果需要组合多个操作或与其他非原子变量交互,则可能需要额外的同步机制[^3]。 --- ###
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