Java中的原子操作类JUC-atomic

秒速五厘米 2022-05-17 10:04 252阅读 0赞

**目录**

一、Java中原子操作类

1.原子更新基本类型

2.原子更新数组

3.原子更新引用类型

4.原子更新字段类

二、原子操作类原理

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## **一、Java中原子操作类** ##

**简介:**

当更新一个变量的时候，多出现数据争用的时候可能出现所意想不到的情况。这时的一般策略是使用synchronized解决，因为synchronized能够保证多个线程不会同时更新该变量。然而，从jdk 5之后，提供了粒度更细、量级更轻，并且在多核处理器具有高性能的原子操作类。因为原子操作类把竞争的范围缩小到单个变量上，这可以算是粒度最细的情况了。

原子操作类相当于泛化的volatile变量，能够支持原子读取-修改-写操作。比如AtomicInteger表示一个int类型的数值，提供了get和set方法，这些volatile类型的变量在读取与写入上有着相同的内存语义。原子操作类共有13个类，在java.util.concurrent.atomic包下，可以分为四种类型的原子更新类：原子更新基本类型、原子更新数组类型、原子更新引用和原子更新属性

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td colspan="1" style="width:408px;"> 1. 原子更新基本类型 &nbsp; (使用原子方式更新基本类型，共包括3个类) </td> 
 <td style="width:435px;">AtomicBoolean：原子更新布尔变量</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicInteger：原子更新整型变量</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicLong：原子更新长整型变量</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="1" style="width:408px;"> 2. 原子更新数组 &nbsp; (通过原子更新数组里的某个元素，共有3个类) </td> 
 <td style="width:435px;">AtomicIntegerArray：原子更新整型数组的某个元素</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicLongArray：原子更新长整型数组的某个元素</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组的某个元素</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="1" style="width:408px;"> 3. 原子更新引用类型 &nbsp; (需要更新引用类型往往涉及多个变量，早atomic包有三个类) </td> 
 <td style="width:435px;">AtomicReference：原子更新引用类型</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="1" style="width:408px;"> 4. 原子更新字段类 &nbsp; &nbsp;(如果需要原子更新某个类的某个字段，就需要用到原子更新字段类) </td> 
 <td style="width:435px;">AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型字段</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:435px;">AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### **1.原子更新基本类型** ###

**       **这三个都相似，以AtomicInteger为例,主要方法有：

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
        //返回当前的值
        public final int get() {
            return value;
        }
        //原子更新为新值并返回旧值
        public final int getAndSet(int newValue) {
            return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue);
        }
        //最终会设置成新值
        public final void lazySet(int newValue) {
            unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);
        }
        //如果输入的值等于预期值，则以原子方式更新为新值
        public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
            return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
        }
        //原子自增
        public final int getAndIncrement() {
            return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
        }
        //原子方式将当前值与输入值相加并返回结果
        public final int getAndAdd(int delta) {
            return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
        }
    }

** 例子：**

public class AtomicIntegerDemo {
 
 private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
 
 public static void main(String[] args){
 for (int i = 0; i < 5; i++){
 new Thread(new Runnable() {
 public void run() {
 //调用AtomicInteger的getAndIncement返回的是增加之前的值
 System.out.println(atomicInteger.getAndIncrement());
 }
 }).start();
 }
 System.out.println(atomicInteger.get());
 }
 }
 
 输出结果为：
 0 
 1 
 2 
 3 
 4 
 5 
 5

### 2.**原子更新数组** ###

AtomicIntegerArray常用方法，其他类似

int addAndSet(int i, int delta)：以原子方式将输入值与数组中索引为i的元素相加
    
    boolean compareAndSet(int i, int expect, int update)：如果当前值等于预期值，则以原子方式更新数组中索引为i的值为update值

**例子：**

public class AtomicIntegerArrayDemo {
    
        static int[] intResult= new int[]{1, 2};
    
        static AtomicIntegerArray atomicResult = new AtomicIntegerArray(value);
    
        public static void main(String[] args){
            atomicResult .getAndSet(0,3);
            System.out.println(atomicResult .get(0));
            System.out.println(intResult[0]);
        }
    }
    
    输出结果是：
    3 
    1

### **3.原子更新引用类型** ###

AtomicReference用法如下，其他类似

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
 
 
 public class AtomicReferenceDemo {
 
 static class User{
 private String name;
 private int id;
 
 public User(String name, int id) {
 this.name = name;
 this.id = id;
 }
 
 ...setter和getter省略
 }
 
 public static AtomicReference<User> ar = new AtomicReference<User>();
 
 public static void main(String[] args){
 User user = new User("xx",11);
 ar.set(user);
 User newUser = new User("yy",22);
 ar.compareAndSet(user,newUser);
 System.out.println(ar.get().getName());
 System.out.println(ar.get().getId());
 }
 }
 
 输出结果为：
 yy 
 22

### **4.原子更新字段类** ###

要想原子更新字段，需要两个步骤：

1.  每次必须使用newUpdater创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类的字段
2.  更新类的字段（属性）必须为public volatile

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;
 
 public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo {
 
 //创建一个原子更新器
 private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> atomicIntegerFieldUpdater =
 AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class,"old");
 
 public static void main(String[] args){
 User user = new User("Vison",10);
 //原来的年龄
 System.out.println(atomicIntegerFieldUpdater.getAndIncrement(user));
 //现在的年龄
 System.out.println(atomicIntegerFieldUpdater.get(user));
 }
 
 static class User{
 private String name;
 public volatile int old;
 
 ...getter和setter省略
 }
 }
 
 输出结果为:
 10 
 11

## **二、原子操作类原理** ##

其实原子操作类都是使用CAS原理。例如

//这里先增加，然后返回增加后的数据
        public final int addAndGet(int delta) {
            return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
        }

其他都是类似的调用unsafe类，通过JVM的原子操作来实现。