java并发包之atomic包

java多线程相关类的实现都在Java的并发包concurrent，concurrent包主要包含3部分内容。

第一个是atomic包，里面主要是一些原子类，比如AtomicInteger、AtomicIntegerArray等；

第二个是locks包，里面主要是锁相关的类，比如ReentrantLock、Condition等；

第三个就是属于concurrent包的内容，主要包括线程池相关类（Executors）、阻塞集合类（BlockingQueue）、并发Map类（ConcurrentHashMap）、线程相关类（Thread、Runnable、Callable）等。

atomic包

在并发编程中很容易出现并发安全的问题，有一个很简单的例子就是多线程更新变量i=1,比如多个线程执行i++操作，就有可能获取不到正确的值，而这个问题，最常用的方法是通过Synchronized进行控制来达到线程安全的目的。但是由于synchronized是采用的是悲观锁策略，并不是特别高效的一种解决方案。atomic包提供了一系列的操作简单，性能高效，并能保证线程安全的类去更新基本类型变量，数组元素，引用类型以及更新对象中的字段类型。atomic包下的这些类都是采用的是乐观锁策略去原子更新数据，在java中则是使用CAS操作具体实现。

原子更新基本类型

atomic包提高原子更新基本类型的工具类，主要有这些：

AtomicBoolean：以原子更新的方式更新boolean；
AtomicInteger：以原子更新的方式更新Integer;
AtomicLong：以原子更新的方式更新Long；

这几个类的用法基本一致，这里以AtomicInteger为例总结常用的方法

还有一些方法，可以查看API，不再赘述。为了能够弄懂AtomicInteger的实现原理，以getAndIncrement方法为例，来看下源码：

 /**
     * Atomically increments by one the current value.
     *
     * @return the previous value
     */
    public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

可以看出，该方法实际上是调用了unsafe实例的getAndAddInt方法，unsafe实例的获取时通过UnSafe类的静态方法getUnsafe获取：

Unsafe类在sun.misc包下，Unsafer类提供了一些底层操作，atomic包下的原子操作类的也主要是通过Unsafe类提供的compareAndSwapInt，compareAndSwapLong等一系列提供CAS操作的方法来进行实现。atomicInteger借助了UnSafe提供的CAS操作能够保证数据更新的时候是线程安全的，并且由于CAS是采用乐观锁策略，因此，这种数据更新的方法也具有高效性。

原子更新数组类型

atomic包下提供能原子更新数组中元素的类有：

AtomicIntegerArray：原子更新整型数组中的元素；
AtomicLongArray：原子更新长整型数组中的元素；
AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组中的元素

这几个类的用法一致，就以AtomicIntegerArray来总结下常用的方法：

可以看出，AtomicIntegerArray与AtomicInteger的方法基本一致，只不过在AtomicIntegerArray的方法中会多一个指定数组索引位i。下面举一个简单的例子：

public class AtomicDemo {
    //    private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
    private static int[] value = new int[]{1, 2, 3};
    private static AtomicIntegerArray integerArray = new AtomicIntegerArray(value);

    public static void main(String[] args) {
        //对数组中索引为1的位置的元素加5
        int result = integerArray.getAndAdd(1, 5);
        System.out.println(integerArray.get(1));
        System.out.println(result);
    }
}
输出结果：
7
2

通过getAndAdd方法将位置为1的元素加5，从结果可以看出索引为1的元素变成了7，该方法返回的也是相加之前的数为2。

原子更新引用类型

如果需要原子更新引用类型变量的话，为了保证线程安全，atomic也提供了相关的类：

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；

这几个类的使用方法也是基本一样的，以AtomicReference为例，来说明这些类的基本用法。下面是一个demo

public class AtomicDemo {

    private static AtomicReference<User> reference = new AtomicReference<>();

    public static void main(String[] args) {
        User user1 = new User("a", 1);
        reference.set(user1);
        User user2 = new User("b",2);
        User user = reference.getAndSet(user2);
        System.out.println(user);
        System.out.println(reference.get());
    }

    static class User {
        private String userName;
        private int age;

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

        @Override
        public String toString() {
            return "User{" +
                    "userName='" + userName + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }
}

输出结果：
User{userName='a', age=1}
User{userName='b', age=2}

首先将对象User1用AtomicReference进行封装，然后调用getAndSet方法，从结果可以看出，该方法会原子更新引用的user对象，变为User{userName='b', age=2}，返回的是原来的user对象User{userName='a', age=1}。

原子更新字段类型

如果需要更新对象的某个字段，并在多线程的情况下，能够保证线程安全，atomic同样也提供了相应的原子操作类：

AtomicIntegeFieldUpdater：原子更新整型字段类；
AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段类；
AtomicStampedReference：原子更新引用类型，这种更新方式会带有版本号。而为什么在更新的时候会带有版本号，是为了解决CAS的ABA问题

要想使用原子更新字段需要两步操作：

原子更新字段类都是抽象类，只能通过静态方法newUpdater来创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性；
更新类的属性必须使用public volatile进行修饰；

这几个类提供的方法基本一致，以AtomicIntegerFieldUpdater为例来看看具体的使用

public class AtomicDemo {

    private static AtomicIntegerFieldUpdater updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class,"age");
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("a", 1);
        int oldValue = updater.getAndAdd(user, 5);
        System.out.println(oldValue);
        System.out.println(updater.get(user));
    }

    static class User {
        private String userName;
        public volatile int age;

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

        @Override
        public String toString() {
            return "User{" +
                    "userName='" + userName + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }
} 

输出结果：
1
6

从示例中可以看出，创建AtomicIntegerFieldUpdater是通过它提供的静态方法进行创建，getAndAdd方法会将指定的字段加上输入的值，并且返回相加之前的值。user对象中age字段原值为1，加5之后，可以看出user对象中的age字段的值已经变成了6。

如下是AtomicStampedReference的demo

ReentrantLock 重入锁

相比于synchronized，ReentrantLock在功能上更加丰富，它具有可重入、可中断、可限时、公平锁等特点。

ReentrantLock 的实现：CAS状态，等待队列，park()

首先比较再设置如果拿锁失败作一个锁的申请

如果try失败 addwaiter 加入队列

可重入

拿了几个许可就需要释放几次 lock几次就要unlock几次

可中断

可限时

公平锁

不会产生饥饿但是比较非公平锁要耗性能。

与synchronized

（1）synchronized是Java原生关键字锁；

（2）ReentrantLock是Java语言层面提供的锁；

（3）ReentrantLock的功能非常丰富，解决了很多synchronized的局限性；

（4）至于在非公平模式下，ReentrantLock与synchronized的效率孰高孰低，随着Java版本的不断升级，synchronized的效率只会越来越高；

synchronized是和if、else、for、while一样的关键字，ReentrantLock是类，这是二者的本质区别。既然ReentrantLock是类，那么它就提供了比synchronized更多更灵活的特性，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量，ReentrantLock比synchronized的扩展性体现在几点上：

（1）ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置，这样就避免了死锁

（2）ReentrantLock可以获取各种锁的信息

（3）ReentrantLock可以灵活地实现多路通知

另外，二者的锁机制其实也是不一样的。ReentrantLock底层调用的是Unsafe的park方法加锁，synchronized操作的应该是对象头中mark word，这点我不能确定。

Condition

Semaphore 信号量

Semaphore 可以认为是广义锁，共享锁

允许多个线程同时进入临界区当值为1时相当于1把锁

如果semp.acquire（2）就是一个线程拿两把锁

ReadwriteLock

读写锁，具有读写分离功能的锁

CountDownLatch

倒数计数器一个线程等待其他所有线程

一.CountDownLatch用法

CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

Cyclicbarrier 循环栅栏

CountDownLatch只有一次计数，

而Cyclicbarrier多次循环计数

Locksupport

类似于suspend

Park 将线程处于挂起状态

Park操作不会抛出中断异常，但会响应中断

链接：https://www.jianshu.com/p/84c75074fa03

posted @ 2019-07-26 11:41 Nausicaa0505 阅读(183) 评论(0) 编辑收藏举报

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