Java併發之原子操做類彙總

當程序更新一個變量時，若是是多線程同時更新這個變量，可能獲得的結果與指望值不一樣。好比：有一個變量i，A線程執行i+1,B線程也執行i+1，通過兩個線程的操做後，變量i的值可能不是指望的3，而是2。這是由於，可能在A線程和B線程執行的時候拿到的i的值都是1，這就是線程不安全的更新操做，一般咱們會使用synchronized來解決這個問題，synchronized能保證多線程不會同時更新變量i.

從java1.5開始，jdk提供了java.util.concurrent.atomic包，這個包中的原子操做類，提供了一種用法簡單，性能高效，線程安全的更新一個變量的方式。

atomic包裏面一共提供了13個類，分爲4種類型，分別是：原子更新基本類型，原子更新數組，原子更新引用，原子更新屬性，這13個類都是使用Unsafe實現的包裝類。

1、原子更新基本類型

atomic提供了3個類用於原子更新基本類型：分別是AtomicInteger原子更新整形，AtomicLong原子更新長整形，AtomicBoolean原子更新bool值。因爲這三個類提供的方法幾乎是同樣的，所以本節以AtomicInteger爲例進行說明。

　　AtomicInteger的經常使用方法有：

　　　　1.int addAndGet(int delta)：以原子的方式將輸入的值與實例中的值相加，並把結果返回

　　　　2.boolean compareAndSet(int expect, int update)：若是輸入值等於預期值，以原子的方式將該值設置爲輸入的值

　　　　3.final int getAndIncrement()：以原子的方式將當前值加1，並返回加1以前的值

　　　　4.void lazySet(int newValue)：最終會設置成newValue，使用lazySet設置值後，可能致使其餘線程在以後的一小段時間內仍是能夠讀到舊的值。

　　　　5.int getAndSet(int newValue)：以原子的方式將當前值設置爲newValue,並返回設置以前的舊值

　　getAndIncremen是如何實現原子操做的呢？讓咱們看一下getAndIncremen的實現代碼，並分析實現原理。getAndIncremen的實現代碼以下：　　

public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

　　咱們能夠看到getAndIncrement調用了unsafe的getAndAddInt，getAndAddInt的實現：

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
    }

　　getAndAddInt調用了Unsafe的native方法：getIntVolatile和compareAndSwapInt，在do-while循環中先取得當前值，而後經過CAS判斷當前值是否和current一致，若是一致意味着值沒被其餘線程修改過，把當前值設置爲當前值+var4，，若是不相等程序進入信的CAS循環。

因爲atomic只提供了int,long和boolean的原子操做類，那麼其餘的基本類型，如byte,char,float,double如何實現原子操做呢，原子操做都是經過Unsafe實現的，讓咱們看一下Unsafe的實現

public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);

　　Unsafe只提供了三種CAS方法: compareAndSwapObject、compareAndSwapInt和compateAndSwapLong,其餘類型都是轉成這三種類型再使用對應的方法去原子更新的。

AtomicBoolean介紹與使用

AtomicInteger類的使用

 

2、原子更新數組

　　atomic裏提供了三個類用於原子更新數組裏面的元素，分別是：

　　AtomicIntegerArray：原子更新整形數組裏的元素

　　AtomicLongArray：原子更新長整形數組裏的元素

　　AtomicReferenceArray：原子更新引用數組裏的元素

　　由於每一個類裏面提供的方法都一致，所以以AtomicIntegerArray爲例來講明。AtomicIntegerArray主要提供了以原子方式更新數組裏的整數，常見方法以下：

　　int addAndGet(int i, int delta)：以原子的方式將輸入值與數組中索引爲i的元素相加

　　boolean compareAndSet(int i, int expect, int update)：若是當前值等於預期值，則以原子方式將數組位置i的元素設置成update值。

　　實例以下：

public class AtomicIntegerArrayTest {

    private static int[] value = new int[]{1,2,3};
    private static AtomicIntegerArray atomicInteger = new AtomicIntegerArray(value);

    public static void main(String[] args){
        atomicInteger.getAndSet(0,12);
        System.out.println(atomicInteger.get(0));
        System.out.println(value[0]);
    }

}

　　須要注意的是，數組value經過構造方法傳遞進去，而後AtomicIntegerArray會將當前數組複製一份，因此當AtomicIntegerArray對內部的數組元素進行修改時，不會影響傳入的數組。

3、原子更新引用類型

　　原子更新基本類型的AtomicInteger只能更新一個變量，若是要原子更新多個變量，就須要使用原子更新引用類型提供的類了。原子引用類型atomic包主要提供瞭如下幾個類：

　　AtomicReference：原子更新引用類型

　　AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用類型裏的字段

　　AtomicMarkableReference：原子更新帶有標記位的引用類型。能夠原子更新一個布爾類型的標記位和引用類型。構造方法是AtomicMarkableReference（V initialRef，booleaninitialMark）

　　以上類中提供的方法基本一致，咱們以AtomicReference爲例說明：

public class AtomicReferenceTest {

    private static AtomicReference<User> reference = new AtomicReference<User>();

    public static void main(String[] args){
        User user = new User("tom",23);
        reference.set(user);
        User updateUser = new User("ketty",34);
        reference.compareAndSet(user,updateUser);
        System.out.println(reference.get().getName());
        System.out.println(reference.get().getAge());
    }


    static class User{

        private String name;
        private int age;

        public User(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public int getAge() {
            return age;
        }
    }
}

上述代碼中首先建立一個user對象，而後把user對象設置進AtomicReference中，最後經過compareAndSet作原子更新操做，運行結果以下：

ketty
34

4、原子更新字段類

若是須要原子更新某個對象的某個字段，就須要使用原子更新屬性的相關類，atomic中提供了一下幾個類用於原子更新屬性：

　　AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整形屬性的更新器

　　AtomicLongFieldUpdater：原子更新長整形的更新器

　　AtomicStampedReference：原子更新帶有版本號的引用類型。該類將整數值與引用關聯起來，可用於原子的更新數據和數據的版本號，能夠解決使用CAS進行原子更新時可能出現的ABA問題。

　　想要原子的更新字段，須要兩個步驟：

　　1.由於原子更新字段類都是抽象類，每次使用的時候必須使用靜態方法newUpdater()建立一個更新器，而且須要設置想要更新的類和屬性

　　2.更新類的字段（屬性）必須使用public volatile修飾符

　　本節僅以AstomicIntegerFieldUpdater爲例進行講解，AstomicIntegerFieldUpdater的示例代碼以下：

public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {

    //建立原子更新器
    private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class,"age");

    public static void main(String[] args){
        User user = new User("ketty",21);
        //ketty長了一歲
        updater.getAndIncrement(user);
        System.out.println(updater.get(user));
    }

    static class User{

        private String name;
        public volatile int age;

        public User(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public int getAge() {
            return age;
        }
    }
}

　　若是age的修飾符號不是 public volatile,回報一下錯誤：

Exception in thread "main" java.lang.ExceptionInInitializerError
Caused by: java.lang.RuntimeException: java.lang.IllegalAccessException: Class com.ysl.atomic.AtomicIntegerFieldUpdaterTest can not access a member of class com.ysl.atomic.AtomicIntegerFieldUpdaterTest$User with modifiers "private"
    at java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater$AtomicIntegerFieldUpdaterImpl.<init>(AtomicIntegerFieldUpdater.java:405)
    at java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicIntegerFieldUpdater.java:88)
    at com.ysl.atomic.AtomicIntegerFieldUpdaterTest.<clinit>(AtomicIntegerFieldUpdaterTest.java:8)
Caused by: java.lang.IllegalAccessException: Class com.ysl.atomic.AtomicIntegerFieldUpdaterTest can not access a member of class com.ysl.atomic.AtomicIntegerFieldUpdaterTest$User with modifiers "private"
    at sun.reflect.Reflection.ensureMemberAccess(Reflection.java:102)
    at sun.reflect.misc.ReflectUtil.ensureMemberAccess(ReflectUtil.java:103)
    at java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater$AtomicIntegerFieldUpdaterImpl.<init>(AtomicIntegerFieldUpdater.java:394)
    ... 2 more