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。