java 多线程系列---JUC原子类之AtomicLong原子类

Posted 2020-10-19 学无止境

概要

AtomicInteger, AtomicLong和AtomicBoolean这3个基本类型的原子类的原理和用法相似。本章以AtomicLong对基本类型的原子类进行介绍。

AtomicLong介绍和函数列表

AtomicLong是作用是对长整形进行原子操作。
在32位操作系统中，64位的long 和 double 变量由于会被JVM当作两个分离的32位来进行操作，所以不具有原子性。而使用AtomicLong能让long的操作保持原子型。

AtomicLong函数列表

// 构造函数
AtomicLong()
// 创建值为initialValue的AtomicLong对象
AtomicLong(long initialValue)
// 以原子方式设置当前值为newValue。
final void set(long newValue) 
// 获取当前值
final long get() 
// 以原子方式将当前值减 1，并返回减1后的值。等价于“--num”
final long decrementAndGet() 
// 以原子方式将当前值减 1，并返回减1前的值。等价于“num--”
final long getAndDecrement() 
// 以原子方式将当前值加 1，并返回加1后的值。等价于“++num”
final long incrementAndGet() 
// 以原子方式将当前值加 1，并返回加1前的值。等价于“num++”
final long getAndIncrement()    
// 以原子方式将delta与当前值相加，并返回相加后的值。
final long addAndGet(long delta) 
// 以原子方式将delta添加到当前值，并返回相加前的值。
final long getAndAdd(long delta) 
// 如果当前值 == expect，则以原子方式将该值设置为update。成功返回true，否则返回false，并且不修改原值。
final boolean compareAndSet(long expect, long update)
// 以原子方式设置当前值为newValue，并返回旧值。
final long getAndSet(long newValue)
// 返回当前值对应的int值
int intValue() 
// 获取当前值对应的long值
long longValue()    
// 以 float 形式返回当前值
float floatValue()    
// 以 double 形式返回当前值
double doubleValue()    
// 最后设置为给定值。延时设置变量值，这个等价于set()方法，但是由于字段是volatile类型的，因此次字段的修改会比普通字段（非volatile字段）有稍微的性能延时（尽管可以忽略），所以如果不是想立即读取设置的新值，允许在“后台”修改值，那么此方法就很有用。如果还是难以理解，这里就类似于启动一个后台线程如执行修改新值的任务，原线程就不等待修改结果立即返回（这种解释其实是不正确的，但是可以这么理解）。
final void lazySet(long newValue)
// 如果当前值 == 预期值，则以原子方式将该设置为给定的更新值。JSR规范中说：以原子方式读取和有条件地写入变量但不 创建任何 happen-before 排序，因此不提供与除 weakCompareAndSet 目标外任何变量以前或后续读取或写入操作有关的任何保证。大意就是说调用weakCompareAndSet时并不能保证不存在happen-before的发生（也就是可能存在指令重排序导致此操作失败）。但是从Java源码来看，其实此方法并没有实现JSR规范的要求，最后效果和compareAndSet是等效的，都调用了unsafe.compareAndSwapInt()完成操作。
final boolean weakCompareAndSet(long expect, long update)

 

AtomicLong源码分析(基于JDK1.7.0_40)

AtomicLong的代码很简单，下面仅以incrementAndGet()为例，对AtomicLong的原理进行说明。
incrementAndGet()源码如下：

public final long incrementAndGet() {
    for (;;) {
        // 获取AtomicLong当前对应的long值
        long current = get();
        // 将current加1
        long next = current + 1;
        // 通过CAS函数，更新current的值
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

说明：
(01) incrementAndGet()首先会根据get()获取AtomicLong对应的long值。该值是volatile类型的变量，get()的源码如下：

// value是AtomicLong对应的long值
private volatile long value;
// 返回AtomicLong对应的long值
public final long get() {
    return value;
}

(02) incrementAndGet()接着将current加1,然后通过CAS函数，将新的值赋值给value。
compareAndSet()的源码如下：

public final boolean compareAndSet(long expect, long update) {
    return unsafe.compareAndSwapLong(this, valueOffset, expect, update);
}

compareAndSet()的作用是更新AtomicLong对应的long值。它会比较AtomicLong的原始值是否与expect相等，若相等的话，则设置AtomicLong的值为update。

 

AtomicLong示例

 1 // LongTest.java的源码
 2 import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
 3 
 4 public class LongTest {
 5     
 6     public static void main(String[] args){
 7 
 8         // 新建AtomicLong对象
 9         AtomicLong mAtoLong = new AtomicLong();
10 
11         mAtoLong.set(0x0123456789ABCDEFL);
12         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "get()", mAtoLong.get());
13         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "intValue()", mAtoLong.intValue());
14         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "longValue()", mAtoLong.longValue());
15         System.out.printf("%20s : %s\\n", "doubleValue()", mAtoLong.doubleValue());
16         System.out.printf("%20s : %s\\n", "floatValue()", mAtoLong.floatValue());
17 
18         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "getAndDecrement()", mAtoLong.getAndDecrement());
19         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "decrementAndGet()", mAtoLong.decrementAndGet());
20         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "getAndIncrement()", mAtoLong.getAndIncrement());
21         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "incrementAndGet()", mAtoLong.incrementAndGet());
22 
23         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "addAndGet(0x10)", mAtoLong.addAndGet(0x10));
24         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "getAndAdd(0x10)", mAtoLong.getAndAdd(0x10));
25 
26         System.out.printf("\\n%20s : 0x%016X\\n", "get()", mAtoLong.get());
27 
28         System.out.printf("%20s : %s\\n", "compareAndSet()", mAtoLong.compareAndSet(0x12345679L, 0xFEDCBA9876543210L));
29         System.out.printf("%20s : 0x%016X\\n", "get()", mAtoLong.get());
30     }
31 }

运行结果：

               get() : 0x0123456789ABCDEF
          intValue() : 0x0000000089ABCDEF
         longValue() : 0x0123456789ABCDEF
       doubleValue() : 8.1985529216486896E16
        floatValue() : 8.1985531E16
   getAndDecrement() : 0x0123456789ABCDEF
   decrementAndGet() : 0x0123456789ABCDED
   getAndIncrement() : 0x0123456789ABCDED
   incrementAndGet() : 0x0123456789ABCDEF
     addAndGet(0x10) : 0x0123456789ABCDFF
     getAndAdd(0x10) : 0x0123456789ABCDFF

               get() : 0x0123456789ABCE0F
     compareAndSet() : false
               get() : 0x0123456789ABCE0F

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