Java语言中提供的12个原子操作类

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-05-14 11:48 273阅读 0赞

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如果程序在多线程的情况下，不考虑线程安全，那么多线程同时操作一个变量时，可能得到期望之外的值。这是因为多线程在没有考虑线程安全的情况下，主内存与工作内存之间的变量值赋值的时候各自操作各自的，导致最终结果不一致，称为线程不安全的操作。通常我们会使用synchronized来解决这个问题，synchronized会保证多线程不会同时更新变量，但是这样在高并发的情况下，效率特别低下。而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。

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在Atomic包里提供的12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字段(属性)。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

一、原子更新基本类型类

使用原子的方式更新基本类型，Atomic提供了以下三种类：

1、AtomicBoolean：原子更新布尔类型

2、AtomicInteger：原子更新整型

3、AtomicLong：原子更新长整型

AtomicInteger中的部分代码，可以看出是通过Unsafe来实现的。

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AtomicBoolean中部分代码如下：

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可以看出它是先把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。

二、原子更新数组

通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic包里提供了以下三种类：

1、AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。  
2、AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。  
3、AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。

以下是AtomicIntegerArray类中部分代码：

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通过上图中可以看出，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。

三、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。Atomic包提供了以下三个类：

1、AtomicReference：原子更新引用类型。  
2、AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。  
3、AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。可以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）。

AtomicReference中部分代码如下：

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代码中首先构建一个引用对象，然后把引用对象设置进AtomicReferenc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。

四、原子更新字段类

如果需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：

1、AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。  
2、AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。  
3、AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类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。

以AtomicIntegerFieldUpdater为例，先看一下它的代码：

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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（属性）必须使用public volatile修饰符。

熟练掌握并运用这些原子操作类，可以极大的提高并发编程的效率和减少并发加锁带来的性能开销。

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