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Posted 2022-02-06 LL.LEBRON

文章目录

• 《Java并发编程的艺术》读后笔记-Java中的13个原子操作类（第七章）
• • 1.原子更新基本类型类
  • 2.原子更新数组
  • 3.原子更新引用类型
  • 4.原子更新字段类

《Java并发编程的艺术》读后笔记-Java中的13个原子操作类（第七章）

1.原子更新基本类型类

使用原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下3个类：

1. AtomicBoolean：原子更新布尔类型
2. AtomicInteger：原子更新整型
3. AtomicLong：原子更新长整型

以上3个类提供的方法几乎一模一样，所以这里仅以AtomicInteger为例进行讲解。

AtomicInteger的常用方法如下：

• int addAndGet(int delta)：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的 value）相加，并返回结果。
• boolean compareAndSet(int expect,int update)：如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。
• int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值。
• void lazySet(int newValue)：最终会设置成newValue，使用lazySet设置值后，可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。
• getAndSet(int newValue)：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值

AtomicInteger示例代码：

/**
 * @author xppll
 * @date 2022/1/14 17:57
 */
public class AtomicIntegerTest 
    static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);

    public static void main(String[] args) 
        System.out.println(ai.getAndIncrement());//1
        System.out.println(ai.get());//2
    

那么getAndIncrement是如何实现原子操作的呢？

getAndIncrement的源码如下：

public final int getAndIncrement() 
    for (;;) 
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return current;
    

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) 
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

1. 源码中for循环体的第一步先取得AtomicInteger里存储的数值
2. 第二步对AtomicInteger的当前数值进行加1操作
3. 关键的第三步调用compareAndSet方法来进行原子更新操作，该方法先检 查当前数值是否等于current
4. 等于意味着AtomicInteger的值没有被其他线程修改过，则将 AtomicInteger的当前数值更新成next的值，如果不等compareAndSet方法会返回false，程序会进入for循环重新进行compareAndSet操作。

Atomic包提供了3种基本类型的原子更新，但是Java的基本类型里还有char、float和double等。那么问题来了，如何原子的更新其他的基本类型呢?

Unsafe的源码如下：

/**
* 如果当前数值是expected，则原子的将Java变量更新成x
* @return 如果更新成功则返回true
*/
public final native boolean compareAndSwapObject(Object o,
                                                 long offset,
                                                 Object expected,
                                                 Object x);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,
                                              int expected,
                                              int x);
public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset,
                                               long expected,
                                               long x);

通过代码，我们发现Unsafe只提供了3种CAS方法：compareAndSwapObject、compareAndSwapInt和compareAndSwapLong。

再看AtomicBoolean源码，发现它是先把Boolean转换成整型，再使用compareAndSwapInt进行CAS，所以原子更新char、float和double变量也可以用类似的思路来实现。

2.原子更新数组

通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic包提供了以下4个类：

1. AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。
2. AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。
3. AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。

AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下。

• int addAndGet(int i,int delta)：以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。
• boolean compareAndSet(int i,int expect,int update)：如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AtomicIntegerArray为例进行讲解。

AtomicIntegerArray的使用实例代码：

/**
 * @author xppll
 * @date 2022/1/14 18:22
 */
public class AtomicIntegerArrayTest 
    static int[] value = new int[]1, 2;
    static AtomicIntegerArray ai = new AtomicIntegerArray(value);

    public static void main(String[] args) 
        ai.getAndSet(0, 3);
        System.out.println(ai.get(0));//3
        System.out.println(value[0]);//1
    

需要注意的是，数组value通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份，所以当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行修改时，不会影响传入的数组

3.原子更新引用类型

原子更新基本类型的AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic包提供了以下3个类：

1. AtomicReference：原子更新引用类型。
2. AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。
3. AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。可以原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型。构造方法是AtomicMarkableReference（V initialRef，boolean initialMark）。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AtomicReference为例进行讲解。

AtomicReference的使用示例代码：

/**
 * @author xppll
 * @date 2022/1/14 17:23
 */
public class AtomicReferenceTest 
    public static AtomicReference<User> atomicReference = new AtomicReference<User>();

    public static void main(String[] args) 
        User user = new User("xpp", 20);
        atomicReference.set(user);
        User updateUser = new User("updateXpp", 24);
        atomicReference.compareAndSet(user, updateUser);
        System.out.println(atomicReference.get().getName());//updateXpp
        System.out.println(atomicReference.get().getOld());//24
    

    static class User 
        private String name;
        private int old;

        public User(String name, int old) 
            this.name = name;
            this.old = old;
        

        public String getName() 
            return name;
        

        public int getOld() 
            return old;
        
    

代码中首先构建一个user对象，然后把user对象设置进AtomicReferenc中，最后调用compareAndSet方法进行原子更新操作，实现原理同AtomicInteger里的compareAndSet方法。

4.原子更新字段类

如果需原子地更新某个类里的某个字段时，就需要使用原子更新字段类，Atomic包提供了以下3个类进行原子字段更新：

1. AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。
2. AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。
3. AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起 来，可用于原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用CAS进行原子更新时可能出现的 ABA问题。

要想原子地更新字段类需要两步。

1. 第一步，因为原子更新字段类都是抽象类，每次使用的时候必须使用静态方法newUpdater()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。
2. 第二步，更新类的字段（属性）必须使用public volatile修饰符。

AstomicIntegerFieldUpdater代码演示：

/**
 * @author xppll
 * @date 2022/1/14 17:46
 */
public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest 
    //创建原子更新器，并设置需要更新的对象类和对象的属性
    private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> a =
        AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "old");

    public static void main(String[] args) 
        //开始xpp的年龄
        User xpp = new User("xpp", 10);
        //长了一岁，这里输出还是旧的年龄
        System.out.println(a.getAndIncrement(xpp));//10
        //输出xpp现在的年龄
        System.out.println(a.get(xpp));//11
    

    public static class User 
        private String name;
        //需要更新的字段必须使用public volatile修饰符
        public volatile int old;

        public User(String name, int old) 
            this.name = name;
            this.old = old;
        

        public String getName() 
            return name;
        

        public int getOld() 
            return old;