java Atomic原理图文

Java中的Atomic类是Java.util.concurrent包提供的一组原子操作类，这些类提供了线程安全的基本数学和逻辑运算。

Atomic原理

在多线程编程中，由于多个线程同时访问共享资源，例如变量、数据结构等，会引发线程安全问题。为了解决这些问题，Java提供了两种方式：synchronized关键字和Lock接口。

然而，在高并发场景下，使用synchronized和Lock可能会导致性能瓶颈，因为它们都需要让线程排队来获得锁。

在这种情况下，可以使用Java Atomic类，它们使用CPU级别的指令来保证操作的原子性，并且不需要使用锁机制，因此它们通常比synchronized和Lock更加高效。

Atomic类提供的操作是原子性操作，具有以下特点：

• 原子性：整个操作是仅有的一个原子操作，不会被其他线程干扰。
• 可见性：每个线程对变量的修改对其他线程可见。
• 有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序。

技术文档

原子类型

Java Atomic类提供了以下4种原子类型：

• AtomicInteger：原子整型
• AtomicLong：原子长整型
• AtomicBoolean：原子布尔值
• AtomicReference：原子对象引用

成员方法

Atomic类的主要成员方法如下：

• get()和set()方法：用于获取和设置值。
• addAndGet()和getAndAdd()方法：用于原子地增加或减少值，并返回新值。
• compareAndSet()方法：如果当前值等于预期值，则原子地将其设置为新值，可以用于实现乐观锁。
• incrementAndGet()和getAndIncrement()方法：用于原子地增加或减少值，并返回新值。

代码示例

以下是一个使用AtomicInteger类的简单示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Counter {
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public int getCount() {
        return count.get();
    }

    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }

    public void decrement() {
        count.decrementAndGet();
    }
}

在上面的例子中，我们创建了一个Counter类，该类使用AtomicInteger来实现线程安全的计数器。increment()和decrement()方法分别增加和减少计数器的值，由于它们使用AtomicInteger类的原子操作，因此它们对于多个线程是线程安全的。

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class ConcurrentHashMapWithAtomicDemo {
    private final ConcurrentHashMap<String, AtomicInteger> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public void increment(String key) {
        AtomicInteger value = concurrentHashMap.get(key);
        if (value == null) {
            AtomicInteger newValue = new AtomicInteger(1);
            value = concurrentHashMap.putIfAbsent(key, newValue);
            if (value == null) {
                value = newValue;
            }
        } else {
            value.incrementAndGet();
        }
    }

    public int getCount(String key) {
        AtomicInteger value = concurrentHashMap.get(key);
        return (value == null) ? 0 : value.get();
    }
}

在上面的示例中，我们创建了一个ConcurrentHashMapWithAtomicDemo类，该类使用ConcurrentHashMap类和AtomicInteger类来实现线程安全的计数器。increment()方法增加对给定键值的计数器，getCount()方法获取给定键值的计数器。

在increment()方法中，我们首先从ConcurrentHashMap中获取原子整数，然后检查其是否为空。如果为空，则我们创建一个新的原子整数并使用putIfAbsent()方法将其放入ConcurrentHashMap，此方法可以确保原子地将键值对添加到ConcurrentHashMap中。在这种情况下，我们将新值设为1。

如果原子整数不为空，则我们增加其计数器。

在getCount()方法中，我们从ConcurrentHashMap获取原子整数，并返回它的当前值。如果原子整数不存在，则返回0。

使用Java Atomic类结合ConcurrentHashMap类来实现线程安全的计数器，可以处理高并发环境下的计数问题。ConcurrentHashMap提供了线程安全的Hash表操作，而Atomic类可以保证对计数器的更新是原子性的。

结论

Java Atomic类提供了一组非常有用的功能，可以在高并发环境下解决线程安全问题。它们比传统的同步机制更加高效，因此可以提高程序的性能。如果你需要在多线程应用程序中处理共享变量，可以尝试使用Java Atomic类来提高程序的性能和可靠性。