Java并发编程之原子操作类

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。

下面将分别介绍这四种原子操作类。

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

具体到每个类的源代码中,提供的方法基本相同,这里以AtomicInteger为例进行说明。AtomicInteger提供的部分方法如下:

为了说明AtomicInteger的原子性,这里代码演示多线程对一个int值进行自增操作,最后输出结果,代码如下:

输出结果如下:

可以看到在多线程的情况下,得到的结果是正确的,但是如果仅仅使用int类型的成员变量则可能得到不同的结果。这里的关键在于getAndIncrement是原子操作,那么是如何保证的呢?

getAndIncrement方法的源码如下:

到这里可以发现最终调用了native方法来保证更新的原子性。

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

AtomicIntegerArray常用的方法有:

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

示例代码如下:

运行结果是:

数组value通过构造的方式传入AtomicIntegerArray中,实际上AtomicIntegerArray会将当前数组拷贝一份,所以在数组拷贝的操作不影响原数组的值。

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。

下面以AtomicReference为例进行说明:

可以看到user被成功更新。

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,可以使用以下几个类:

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。

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

下面的代码演示如何使用原子更新字段类更新字段:

输出的结果如下:

至此,我们知道了如何使用原子操作类在不同场景下的基本用法。

原文发布于微信公众号 - java一日一条(mjx_java)

原文发表时间:2018-10-23

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