并发编程07--Java中的13个原子操作类

当程序更新一个变量时，如果多线程同时更新这个变量，可能得到期望之外的值,通常会使用synchronized.

Java从JDK 1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包（以下简称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。

实际上JDK1.8中在JUC中只有12个类:

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原子更新基本类型

使用原子方式更新基本类型,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。

上述的三个类的方法基本上是一致的,所以以AtomicInteger为例进行讲解;
AtomicInteger常用的方法:

• ·int addAndGet（int delta）：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回结果。
• boolean compareAndSet（int expect，int update）：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。
• int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值。

• void lazySet（int newValue）：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到旧的值。

  
  getAndIncrement()

源码中for循环体的第一步先取得AtomicInteger里存储的数值，第二步对AtomicInteger的当前数值进行加1操作，关键的第三步调用compareAndSet方法来进行原子更新操作，该方法先检查当前数值是否等于current，等于意味着AtomicInteger的值没有被其他线程修改过，则将AtomicInteger的当前数值更新成next的值，如果不等compareAndSet方法会返回false，程序会进入for循环重新进行compareAndSet操作。

Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的

Unsafe.java

AtomicBoolean源码中，发现它是先把Boolean转换成整型，再使用compareAndSwapInt进行CAS，所以原子更新char、float和double变量也可以用类似的思路来实现。

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原子更新数组

通过原子方式更新数组里某个元素,Atomic包提供可以下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。

AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下。

• 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。

数组通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份，所以当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行修改时，不会影响传入的数组

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原子更新引用类型

原子更新基本类型的AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。

• 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。
  可以用原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型。构造方法是AtomicMarkableReference（V initialRef，boolean initialMark）。

仅以AtomicReference为例

AtomicReferenceTest.java

代码中首先会创建一个user对象,把user对象设置进行AtomicReference中,最后调用compareAndSet方法进行原子更新操作，实现原理同AtomicInteger里的compareAndSet方法。代码执行后输出结果如下。

代码运行结果

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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。
  该类型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。(利用版本号解决ABA问题).

要想原子地更新字段类需要两步.

• 第一步,因为原子更新字段都是抽象类,每次使用的时候必须使用静态方法new Updater()创建一个更新器,并且设置想要更新的类和属性.
• 更新类的字段(属性)必须使用public volatile修饰符.

以AtomicIntegerFieldUpdater为例:

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {

    private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class,"old");

    public static void main(String[] args) {
        //设置柯南的年龄为10岁
        User conan = new User("conan",10);
        //柯南长了一岁，但是仍然会输出旧的年龄
        System.out.println(updater.getAndIncrement(conan));
        //输出柯南现在的年龄
        System.out.println(updater.get(conan));
    }


    public static class User {
        private String name;
        public volatile int old;
        public User(String name,int old) {
            this.name = name;
            this.old = old;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public int getOld() {
            return old;
        }
    }
}

参考书籍:《Java并发编程的艺术》