Java多線程進階（十六）—— J.U.C之atomic框架：FieldUpdater

本文首發於一世流雲的專欄： https://segmentfault.com/blog...

1、什麼是FieldUpdater

在java.util.concurrent.atomic包中，由三個比較特殊的原子類：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater。
經過名稱能夠看到，這幾類的功能大體相同，只是針對的類型有所不一樣。

所謂AtomicXXXFieldUpdater，就是能夠以一種線程安全的方式操做非線程安全對象的某些字段。光這麼說有點難理解，咱們經過一個例子來看下。

假設有一個公司帳戶Account，100我的同時往裏面存錢1塊錢，那麼正常狀況下，最終帳戶的總金額應該是100。

先來看下線程不安全的方式：

帳戶類：

class Account {
    private volatile int money;

    Account(int initial) {
        this.money = initial;
    }

    public void increMoney() {
        money++;
    }

    public int getMoney() {
        return money;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Account{" +
            "money=" + money +
            '}';
    }
}

調用類：

public class FieldUpdaterTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Account account = new Account(0);  // 初始金額0

        List<Thread> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Thread t = new Thread(new Task(account));
            list.add(t);
            t.start();
        }

        for (Thread t : list) {            // 等待全部線程執行完成
            t.join();
        }

        System.out.println(account.toString());
    }


    private static class Task implements Runnable {
        private Account account;

        Task(Account account) {
            this.account = account;
        }

        @Override
        public void run() {
            account.increMoney();         // 增長帳戶金額
        }
    }
}

上述未對Account作併發控制，最終帳戶金額極可能小於100。
按照以前學習的atomic框架，能夠將Account類的int類型字段改成AtomicInteger，或者在Task任務類中，將全部涉及到共享變量的地方都加鎖訪問。

那麼，還有沒有其它解決方式？

本章開頭咱們講到，AtomicXXXFieldUpdater能夠以一種線程安全的方式操做非線程安全對象的某些字段。
這裏，Account就是非線程安全對象，money就是須要操做的字段。

咱們來對上述代碼進行改造：
帳戶類Account改造：

class Account {
    private volatile int money;
    private static final AtomicIntegerFieldUpdater<Account> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Account.class, "money");  // 引入AtomicIntegerFieldUpdater

    Account(int initial) {
        this.money = initial;
    }

    public void increMoney() {
        updater.incrementAndGet(this);    // 經過AtomicIntegerFieldUpdater操做字段
    }

    public int getMoney() {
        return money;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Account{" +
            "money=" + money +
            '}';
    }
}

調用方，並未作任何改變：

public class FieldUpdaterTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Account account = new Account(0);

        List<Thread> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Thread t = new Thread(new Task(account));
            list.add(t);
            t.start();
        }

        for (Thread t : list) {
            t.join();
        }

        System.out.println(account.toString());
    }

    private static class Task implements Runnable {
        private Account account;

        Task(Account account) {
            this.account = account;
        }

        @Override
        public void run() {
            account.increMoney();
        }
    }
}

上述代碼，不管執行多少次，最終結果都是「100」，由於這回是線程安全的。

對比下改造，能夠發現，AtomicIntegerFiledUpdater的引入，使得咱們能夠在不修改用戶代碼（調用方）的狀況下，就能實現併發安全性。

惟一的改變之處就是Account內部的改造：

這也是AtomicXXXFieldUpdater引入的一個重要緣由，單純從功能上來說，能用AtomicXXXFieldUpdater實現的併發控制，同步器和其它原子類都能實現，可是使用AtomicXXXFieldUpdater，符合面向對象設計的一個基本原則——開閉原則，尤爲是對一些遺留代碼的改造上。

另外，使用AtomicXXXFieldUpdater，不須要進行任何同步處理，單純的使用CAS+自旋操做就能夠實現同步的效果。這也是整個atomic包的設計理念之一。

2、AtomicReferenceFieldUpdater原理

AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater這三個類大同小異，AtomicIntegerFieldUpdater只能處理int原始類型的字段，AtomicLongFieldUpdater只能處理long原始類型的字段，AtomicReferenceFieldUpdater能夠處理全部引用類型的字段。

本節以AtomicReferenceFieldUpdater爲例，介紹下FiledUpdater的基本原理。

AtomicReferenceFieldUpdater對象的建立

AtomicReferenceFieldUpdater自己是一個抽象類，沒有公開的構造器，只能經過靜態方法newUpdater建立一個AtomicReferenceFieldUpdater子類對象：

newUpdater的三個入參含義以下：

入參名稱	含義
tclass	目標對象的類型
vclass	目標字段的類型
fieldName	目標字段名

AtomicReferenceFieldUpdaterImpl是AtomicReferenceFieldUpdater的一個內部類，並繼承了AtomicReferenceFieldUpdater。AtomicReferenceFieldUpdater的API，基本都是委託AtomicReferenceFieldUpdaterImpl 來實現的。

來看下AtomicReferenceFieldUpdaterImpl 對象的構造，其實就是一系列的權限檢查：

經過源碼，能夠看到AtomicReferenceFieldUpdater的使用必須知足如下條件：

1. AtomicReferenceFieldUpdater只能修改對於它可見的字段，也就是說對於目標類的某個字段field，若是修飾符是private，可是AtomicReferenceFieldUpdater所在的使用類不能看到field，那就會報錯；
2. 目標類的操做字段，必須用volatile修飾；
3. 目標類的操做字段，不能是static的；
4. AtomicReferenceFieldUpdater只適用於引用類型的字段；

AtomicReferenceFieldUpdater的方法原理

AtomicReferenceFieldUpdater中全部的方法都是基於Unsafe類操做，看下最經常使用的方法compareAndSet：

經過偏移量offset獲取字段的地址，而後利用Unsafe進行CAS更新。

其它方法也大同小異，讀者能夠參考Oracle官方文檔和JDK源碼。

AtomicReferenceFieldUpdater接口聲明