【Java并发编程】原子操作类

Java并发/多线程编程系列blog(六）原子操作类含原子更新基本类类型/更新数组/更新引用类型/更新字段类

原子更新基本类类型

使用原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下3个类：

AtomicBoolean：原子更新布尔类型。

AtomicInteger：原子更新整型。

AtomicLong：原子更新长整型。

以上3个类提供的方法几乎一模一样，所以以AtomicInteger为例进行讲解， AtomicInteger的常用方法如下:

int addAndGet（int delta）：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的 value）相加，并返回结果。

boolean compareAndSet（int expect，int update）：如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。

int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值。

void lazySet（int newValue）：最终会设置成newValue，使用lazySet设置值后，可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。

int getAndSet（int newValue）：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。

AtomicInteger示例代码如代码所示:

package Second;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicIntegerTest {

	static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(ai.getAndIncrement());
		System.out.println(ai.get());
	}
}

运行结果：

1
2

1
2

getAndIncrement实现原子操作的源码代码:

public final int getAndIncrement() { 
    for (;;) { 
        int current = get(); 
        int next = current + 1; 
        if (compareAndSet(current, next)) 
            return current;
            } 
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) { 
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); 
}

源码中for循环体的第一步先取得AtomicInteger里存储的数值
第二步对AtomicInteger的当前数值进行加1操作，
关键的第三步调用compareAndSet方法来进行原子更新操作,该方法先检查当前数值是否等于current，等于意味着AtomicInteger的值没有被其他线程修改过，则将 AtomicInteger的当前数值更新成next的值，如果不等compareAndSet方法会返回false，程序会进入for循环重新进行compareAndSet操作。

Atomic包提供了3种基本类型的原子更新，但是Java的基本类型里还有char、float和double等。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的，Unsafe的源码代码:

/**
    * 如果当前数值是expected，则原子的将Java变量更新成x 
    * @return 如果更新成功则返回true 
*/ 
public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object x); 
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x); 
public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset, long expected, long x);

Unsafe只提供了3种CAS方法：

compareAndSwapObject

compare- AndSwapInt

compareAndSwapLong，

再看AtomicBoolean源码，发现它是先把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。

原子更新数组

通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic包提供了以下4个类：

AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。

AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。

AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素

AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下:

int addAndGet（int i，int delta）：以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。

boolean compareAndSet（int i，int expect，int update）：如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以仅以AtomicIntegerArray为例, AtomicIntegerArray的使用实例代码:

package Second;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;

public class AtomicIntegerArrayTest {

	static int[] value = new int[] {1,2,3};
	static AtomicIntegerArray aia = new AtomicIntegerArray(value);
	public static void main(String[] args) {
		aia.getAndSet(0,3);
		System.out.println(aia.get(0));
		System.out.println(value[0]);
	}
}

运行结果：

1
2

3
1

需要注意的是，数组value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。

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3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。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）。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以仅以AtomicReference为例, AtomicReference的使用示例代码如代码:

package Second;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class AtomicReferenceTest {

	public static AtomicReference<User>  ar= new AtomicReference<User>();
	public static void main(String[] args) {
		User user = new User("Easonhe", 22);
		ar.set(user);
		User update = new User("老贺", 28);
		ar.compareAndSet(user, update);
		System.out.println(ar.get().getName()+" "+ar.get().getAge());
	}
	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 this.name;
		}
		public int getAge() {
			return this.age;
		}
	}
}

运行结果：

老贺 28

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：

AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。

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。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。

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。

以上3个类提供的方法几乎一样，所以仅以AstomicIntegerFieldUpdater为例进行讲解，AstomicIntegerFieldUpdater的示例代码如代码所示：

package Second;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {

	public static AtomicIntegerFieldUpdater<User> aifu = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");
	public static void main(String[] args) {
		User easonhe = new User("easonhe", 20);
		System.out.println(aifu.getAndIncrement(easonhe));
		System.out.println(aifu.get(easonhe));
	}
	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 this.name;
		}
		public int getAge() {
			return this.age;
		}
	}
}

运行结果：

1
2

20
21

这里需要注意的是更新字段类的第二步！！！

参考：
《Java并发编程艺术》