天天热点！Java的Atomic原子类

• 2023-05-26 17:52:39 来源：博客园

Java SDK 并发包里提供了丰富的原子类，我们可以将其分为五个类别，这五个类别提供的方法基本上是相似的，并且每个类别都有若干原子类。

对基本数据类型的变量值进行原子更新；对对象变量的指向进行原子更新；对数组里面的的元素进行原子更新；原子化的对象属性更新器；原子化的累加器。基本数据类型

AtomicBoolean、AtomicLong、AtomicInteger 这三个类提供了一些对基本数据类型的变量值进行原子更新的方法。

(相关资料图)

这些类提供的方法是相似的，主要有（以 AtomicLong 为例）：

// 原子化的 i++long getAndIncrement()// 原子化的 i--long getAndDecrement()// 原子化的 ++ilong incrementAndGet()// 原子化的 --ilong decrementAndGet()// 原子化的 i+=delta，返回值为+=前的i值long getAndAdd(long delta)// 原子化的 i+=delta，返回值为+=后的i值long addAndGet(delta)// CAS操作。如果写回成功返回true，否则返回falseboolean compareAndSet(long expect, long update)// 以下四个方法新值可以通过传入函数式接口(func函数)来计算long getAndUpdate(LongUnaryOperator updateFunction)long updateAndGet(LongUnaryOperator updateFunction)long getAndAccumulate(long x, LongBinaryOperator accumulatorFunction)long accumulateAndGet(long x, LongBinaryOperator accumulatorFunction)

// 演示 getAndUpdate() 方法的使用public static void main(String[] args) {    AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);    long result = atomicLong.getAndUpdate(new LongUnaryOperator() {        @Override        public long applyAsLong(long operand) {            return operand + 1;        }    });}

对象引用类型

AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference 这三个类提供了一些对对象变量的指向进行原子更新的方法。如果需要对对象的属性进行原子更像，那么可以使用原子化的对象属性更新器。

public class ClassName {    AtomicReference employeeAR = new AtomicReference<>(new Employee("小明"));    public void methodName() {        Employee oldVal = employeeAR.get();        Employee newVal = new Employee(oldVal.getName());        employeeAR.compareAndSet(oldVal, newVal);    }}

对象引用的原子化更新需要重点关注 ABA 问题。当一个线程在进行 CAS 操作时，另一个线程可能会在此期间修改了同一个共享变量的值，然后又将其改回原来的值。这种情况下，CAS 操作就无法检测到共享变量值的变化，从而导致 ABA 问题。如果我们仅仅在写回数据前判断数值是 A，可能导致不合理的写回操作。AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference 这两个原子类可以解决 ABA 问题。

AtomicStampedReference 通过为对象引用建立类似版本号（stamp）的方式，来解决 ABA 问题。AtomicStampedReference 实现的 CAS 方法增加了版本号参数AtomicMarkableReference 的实现机制则更简单，将版本号简化成了一个 Boolean 值

boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference,                           int expectedStamp, int newStamp)boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference,                          boolean expectedMark, boolean newMark)

数组

AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray 这三个类提供了一些对数组里面的的元素进行原子更新的方法。

public class ClassName {    AtomicLongArray atomicLongArray = new AtomicLongArray(new long[]{0, 1});    public void methodName() {        int index = 0;        long oldVal = atomicLongArray.get(index);        long newVal = oldVal + 1;        atomicLongArray.compareAndSet(index, oldVal, newVal);    }}

原子化的对象属性更新器

原子化的对象属性更新器有：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater。

这三个类提供了一些对对象的属性进行原子更新的方法。这些方法是利用反射机制实现的。

public class ClassName {    AtomicIntegerFieldUpdater fieldUpdater =            AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Employee.class, "salary");    Employee employee = new Employee("小明", 1000);    public void methodName() {        int oldVal = employee.getSalary();        int newVal = oldVal + 1000;        fieldUpdater.compareAndSet(employee, oldVal, newVal);    }}

需要注意的是：

对象属性的类型必须是基本数据类型，不能是基本数据类型对应的包装类。如果对象属性的类型不是基本数据类型，newUpdater() 方法会抛出 IllegalArgumentException 运行时异常。对象的属性必须是 volatile 类型的，只有这样才能保证可见性。如果对象的属性不是 volatile 类型的，newUpdater() 方法会抛出 IllegalArgumentException 运行时异常。

// AtomicIntegerFieldUpdater 类中的代码if (field.getType() != int.class) {    throw new IllegalArgumentException("Must be integer type");}if (!Modifier.isVolatile(modifiers)) {    throw new IllegalArgumentException("Must be volatile type");}

原子化的累加器

原子化的累加器有：LongAdder、DoubleAdder、LongAccumulator、DoubleAccumulator。这四个类仅仅用来在多线程环境下，执行累加操作。

相比原子化的基本数据类型，原子化的累加器的速度更快，但是它（原子化的累加器）不支持 compareAndSet() 方法。如果仅仅需要累加操作，使用原子化的累加器性能会更好。

原子化的累加器的本质是空间换时间。

LongAdder 的使用示例如下所示：

public static void main(String[] args) {    LongAdder adder = new LongAdder();    // 初始化    adder.add(1);    // 累加    for (int i = 0; i < 100; i++) {        adder.increment();    }    long sum = adder.sum();}

LongAccumulator 与 LongAdder 类似，但 LongAccumulator 提供了更加灵活的累加操作，可以自定义累加函数。

使用示例如下所示。在使用示例中，我们创建了一个 LongAccumulator 对象，初始值为1，累加函数为 (x, y) -> x * y，即每次累加都将之前的结果与新的值相乘。然后，我们累加了三个数值，最后输出累加结果。由于累加函数是(x, y) -> x * y，所以最终的累加结果为1 * 5 * 10 * 20 = 1000。

public static void main(String[] args) {    LongAccumulator accumulator = new LongAccumulator(new LongBinaryOperator() {        @Override        public long applyAsLong(long left, long right) {            return left * right;        }    }, 1);    // 初始值为1，累加函数为(x, y) -> x * y    accumulator.accumulate(5);    accumulator.accumulate(10);    accumulator.accumulate(20);    // 累加结果为 1 * 5 * 10 * 20 = 1000    long result = accumulator.get();}

参考资料

21 | 原子类：无锁工具类的典范 (geekbang.org)

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