Atomic原子类

Atomic原子类

Atomic原子类位于并发包java.util.concurrent下的java.util.concurrent.Atomic中。

1. 原子更新基本类型类

使用原子方式更新基本数据类型，Atomic提供以下3个类

• AtomicInteger：原子更新整型
• AtomicBoolean：原子更新布尔型
• AtomicLong：原子更新长整型

以AtomicInteger为例进行介绍：

// 获取index = i位置元素的值
public final int get(int i) 
// 返回index = i位置的当前的值，并将其设置为新值newValue
public final int getAndSet(int i, int newValue)
// 获取index = i位置元素的值，并让该位置的元素自增
public final int getAndIncrement(int i)
// 获取index = i位置元素的值，并让该位置的元素自减
public final int getAndDecrement(int i) 
// 获取index = i位置元素的值，并加上预期的值
public final int getAndAdd(int delta) 
// CAS操作，返回是否操作成功
boolean compareAndSet(int expect, int update) 
//最终将index = i位置元素设置为newValue,使用lazySet可能导致其他线程在之后一小段时间仍可读取旧值。
public final void lazySet(int i, int newValue)

Demo：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicIntegerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int tempValue = 0;
        AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
        tempValue = i.getAndSet(3);
        System.out.println("先获取当前值后设置新值");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 0 3
        tempValue = i.getAndIncrement();
        System.out.println("先获取当前值后使当前值自增");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 3 4
        tempValue = i.incrementAndGet();
        System.out.println("先使当前值自增后获取值");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 5 5
        tempValue = i.getAndAdd(5);
        System.out.println("先获取当前值再使当前值加上一个值");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 5 10
    }
}

AtomicInteger能够解决volatile关键字在面对count++操作时不能保证原子性的问题。使用AtomicInteger后，不需要加锁也可以保证线程安全。

• 多线程环境下采用synchronized关键字加锁保证线程安全

  class test01 {
      private volatile int count = 0;
      public synchronized void increment() {
          count++；
      }
      public int getCount() {
          return count;
      }
  }
  

• 多线程环境下采用AtomicInteger原子类保证线程安全（无需加锁）

  class test02 {
      private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
      public void increment() {
          count++;
      }
      public int getCount() {
          return count.get();
      }
  }
  

  AtomicInteger 类主要利用 CAS (compare and swap) + volatile 和 native 方法来保证原子操作，从而避免 synchronized 的高开销，执行效率大为提升。

2. 原子更新数组类型类

通过原子方式更新数组里的某个元素，Atomic包提供了以下类：

• AtomicIntegerArray：原子更新整型数组
• AtomicLongArray：原子更新长整型数组
• AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组

以AtomicIntegerArray为例进行介绍：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;

public class AtomicIntegerArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int tempValue = 0;
        int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
        AtomicIntegerArray i = new AtomicIntegerArray(arr);
        for (int j = 0; j < arr.length; j++) {
            System.out.print(i.get(j) + " "); // 1 2 3 4 5
        }
        System.out.println();
        tempValue = i.getAndSet(0, 2);
        System.out.println("先获取索引处的当前值后设置新值");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 1 [2, 2, 3, 4, 5]
        tempValue = i.getAndIncrement(0);
        System.out.println("先获取索引处的当前值后使当前值自增");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 2 [3, 2, 3, 4, 5]
        tempValue = i.incrementAndGet(0);
        System.out.println("先使索引处的当前值自增后获取值");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 4 [4, 2, 3, 4, 5]
        tempValue = i.getAndAdd(0, 5);
        System.out.println("先获取索引处的当前值再使当前值加上一个值");
        System.out.println("tempValue = " + tempValue + "; i = " + i); // 4 [9, 2, 3, 4, 5]
    }
}

3. 原子更新引用类型类

如果需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：原子更新打游标记位的引用类型

Demo：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class AtomicReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicReference<User> atomicUserRef = new AtomicReference<>();
        User user = new User("AAA", 10);
        atomicUserRef.set(user);
        User updateUser = new User("BBB", 20);
        // 调用CAS方法
        atomicUserRef.compareAndSet(user, updateUser);
        // 调用get方法并获取姓名和年龄打印
        System.out.println(atomicUserRef.get().getName()); // BBB
        System.out.println(atomicUserRef.get().getAge()); // 20
    }

    /**
     * 静态内部类User
     */
    static class User {
        private String name;
        private int age;

        public User(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public int getAge() {
            return age;
        }
    }
}

4. 原子更新字段类

需要原子更新某个类中的对象属性时，需要使用原子更新字段类：

• 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
• AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型（解决ABA问题）

要想原子更新对象的属性需要两步：

• 因为原子更新字段类都是抽象类，所以每次使用时都必须使用静态方法new Updater()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性；
• 更新的对象属性必须使用public volatile修饰。

Demo：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用newUpdater()方法创建更新器
        AtomicIntegerFieldUpdater<User> a = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");
        User user = new User("AAA", 10);
        System.out.println(a.getAndIncrement(user)); // 10
        System.out.println(a.get(user)); // 11
    }

    /**
     * 静态内部类User
     * 要更新的字段采用public volatile修饰
     */
    static class User {
        private String name;
        public volatile int age;

        public User(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public int getAge() {
            return age;
        }
    }
}