第七章 13个原子操作类

2020-05-06 本文已影响0人巴巴11

介绍并发包提供的原子操作类。使用实例。

因为变量的类型有很多种，所以在Atomic包里一共提供了13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属性（字段）。
Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

7.1 原子更新基本类型类
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，

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示例代码如代码清单7-1所示。


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());
}
}

// 1
// 2

那么getAndIncrement是如何实现原子操作的呢？让我们一起分析其实现原理。

public final int getAndIncrement() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return current;
}
}p
ublic 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。那么问题来了，如何原子的更新其他的基本类型呢？ Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的，让我们一起看一下Unsafe的源码，如代码清单7-3所示。

代码清单7-3 Unsafe.java
/**
* 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);

通过代码，我们发现Unsafe只提供了3种CAS方法：compareAndSwapObject、compareAndSwapInt和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。

7.2 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，所以本节仅以AtomicIntegerArray为例进行讲解，
AtomicIntegerArray的使用实例代码如代码清单7-4所示。
代码清单7-4 AtomicIntegerArrayTest.java

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

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。

7.3 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。

AtomicReference的使用示例代码如代码清单7-5所示。
代码清单7-5 AtomicReferenceTest.java

public class AtomicReferenceTest {
public static AtomicReference<user> atomicUserRef = new
AtomicReference<user>();
public static void main(String[] args) {
User user = new User("conan"， 15);
atomicUserRef.set(user);
User updateUser = new User("Shinichi"， 17);
atomicUserRef.compareAndSet(user， updateUser);
System.out.println(atomicUserRef.get().getName());
System.out.println(atomicUserRef.get().getOld());
}s
tatic class User {
private String name;
private int old;
public User(String name， int old) {
this.name = name;
this.old = old;
}
public String getName() {
return name;
}p
ublic int getOld() {
return old;}
}
}
// Shinichi
// 17

代码中首先构建一个user对象，然后把user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。

7.4 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，所以本节仅以AstomicIntegerFieldUpdater为例进行讲解，

AstomicIntegerFieldUpdater的示例代码如代码清单7-6所示。
代码清单7-6 AtomicIntegerFieldUpdaterTest.java

public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {
// 创建原子更新器，并设置需要更新的对象类和对象的属性
private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> a = AtomicIntegerFieldUpdater.
newUpdater(User.class， "old");
public static void main(String[] args) {
// 设置柯南的年龄是10岁
User conan = new User("conan"， 10);
// 柯南长了一岁，但是仍然会输出旧的年龄
System.out.println(a.getAndIncrement(conan));
// 输出柯南现在的年龄
System.out.println(a.get(conan));
}p
ublic static class User {
private String name;
public volatile int old;public User(String name， int old) {
this.name = name;
this.old = old;
}p
ublic String getName() {
return name;
}p
ublic int getOld() {
return old;
}
}
}
代码执行后输出如下。
10
1

第七章 13个原子操作类

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