《Java并发编程的艺术》读书笔记 - 第七章 - Java中的13个原子操作类

目录

前言

原子更新基本类型类

AtomicInteger 与 Integer 的对比

AtomicInteger原理

Unsafe 类

原子更新数组

 AtomicIntegerArray 的使用

原子更新引用类型

AtomicReference 的使用

原子更新字段类

AtomicIntegerFieldUpdater 的使用

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前言

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。在这个包中一共有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）。

原子更新基本类型类

使用原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下 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，常用方法如下：

AtomicInteger 与 Integer 的对比

public class AtomicIntegerDemo {

    static Integer INTEGER = 0;
    static AtomicInteger ATOMIC_INTEGER = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        commonInteger();
        atomicInteger();
        // 睡眠3s，保证程序已经运行完毕
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("Integer最终运行结果: " + INTEGER);
        System.out.println("AtomicInteger最终运行结果: " + ATOMIC_INTEGER);
    }

    private static void commonInteger() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 500; j++) {
                    INTEGER++;
                }
            }).start();
        }
    }

    private static void atomicInteger() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 500; j++) {
                    ATOMIC_INTEGER.getAndIncrement();
                }
            }).start();
        }
    }

}

想要解决 Integer 在并发编程下出现的线程安全问题需要使用 synchronized 关键字

AtomicInteger原理

AtomicInteger 实际上是使用了 volatile 关键字加 CAS 自旋实现线程安全，volatile关键字保证了线程修改变量对其它线程的可见性，CAS 自旋保证了修改操作的原子性。

Unsafe 类

Unsafe 类只提供了以上 3 种 CAS 方法，源码中可以发现实现 AtomicBoolean 是先将 Boolean 转换为整型，再使用 compareAndSwapInt 进行 CAS。

原子更新char、float、和double变量也可以用类似的思路来实现。【Atomic包中没发现有和这几种基本类型有关的类】 

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原子更新数组

通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic 包提供了以下 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，常见方法如下：

 AtomicIntegerArray 的使用

public class AtomicIntegerArrayDemo {

    static int[] value = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
    static AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(value);

    public static void main(String[] args) {
        int oldValue = atomicIntegerArray.getAndAdd(1, 3);
        System.out.println("索引 1 处原值: " + oldValue + " 在此基础上加 3 ");
        int newValue = atomicIntegerArray.get(1);
        System.out.println("索引 1 处新值: " + newValue);
    }

}

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原子更新引用类型

Atomic包中提供了以下3个类来原子更新引用类型：

• AtomicReference：原子更新引用类型
• AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型
• AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型

以 AtomicReference 为例，常见方法如下：

AtomicReference 的使用

public class AtomicReferenceDemo {

    static AtomicReference<Person> personAtomicReference = new AtomicReference<>();

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("person01", 25);
        System.out.println("更新前的person: " + person);
        personAtomicReference.set(person);
        Person person02 = new Person("person02", 32);
        personAtomicReference.compareAndSet(person, person02);
        System.out.println("更新后的person: " + personAtomicReference.get());
    }

}

@Data
@AllArgsConstructor
class Person {
    private String name;
    private int age;
}

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原子更新字段类

如果需要原子地更新某个类里的某个字段时，就需要使用原子更新字段类，Atomic 包提供了以下3个类进行原子字段更新：

• AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型字段的更新器
• AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器
• AtomicReferenceUpdater：原子更新引用类型字段的更新器

以 AtomicIntegerFieldUpdater 为例，常用方法如下：

AtomicIntegerFieldUpdater 的使用

public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo {

    // 创建更新器，需要关联对象与更新字段
    static AtomicIntegerFieldUpdater<Person0> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Person0.class, "age");

    public static void main(String[] args) {
        Person0 mike = new Person0("Mike", 20);
        System.out.println("Mike的年龄为: " + mike.getAge());
        System.out.println("3年后...");
        boolean flag = updater.compareAndSet(mike, 20, 23);
        if (flag) {
            System.out.println("Mike的年龄为: " + mike.getAge());
        }
    }

}

@Data
@AllArgsConstructor
class Person0 {
    private String name;
    public volatile int age;
}

使用更新器需要两步：第一步，因为原子更新字段类都是抽象类，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，更新类的字段必须使用 public volatile 修饰符，不然会抛出 ExceptionInInitializerError。