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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
1. 原子更新基本类型
(使用原子方式更新基本类型，共包括3个类) | AtomicBoolean：原子更新布尔变量 |
| AtomicInteger：原子更新整型变量 | |
| AtomicLong：原子更新长整型变量 | |
2. 原子更新数组
(通过原子更新数组里的某个元素，共有3个类) | AtomicIntegerArray：原子更新整型数组的某个元素 |
| AtomicLongArray：原子更新长整型数组的某个元素 | |
| AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组的某个元素 | |
3. 原子更新引用类型
(需要更新引用类型往往涉及多个变量，早atomic包有三个类) | 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。 | |
4. 原子更新字段类
(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) | AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型字段 |
| AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段 | |
| AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型 |
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
52.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
13.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
224.原子更新字段类
要想原子更新字段，需要两个步骤：
- 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
- 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。
