（十七）AtomicInteger原子类的介绍和使用

Posted 2021-07-28 HaC是个程序员

多线程系列目录：

（一）线程是什么

（二）Java线程与系统线程和生命周期

（三）Java线程创建方式

（四）为什么要使用线程池

（五）四种线程池底层详解

（六）ThreadPoolExecutor自定义线程池

（七）线程池的大小如何确定

（八）Callable和Runnable的区别

（九）线程池异常捕获

（十）线程池参数——workQueue用法

（十一）sleep(1)、sleep(0)和sleep(1000)的区别

（十二）yield、notify、notifyAll、sleep、join、wait的区别

（十三）synchronized用法，四种锁范围

（十四）volatile的用法，原子性问题

（十五）ThreadLocal的用法，如何解决内存泄漏

（十六）ReentrantLock可重入锁使用和介绍

（十七）AtomicInteger原子类的介绍和使用

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在第十四章（十四）volatile的用法，为什么不能确保原子性提到 AtomicInteger 可以保证原子性。

但是我并没有展开讲它的详细用法，因为内容多，所以这一章节就来学习一下原子操作类——AtomicInteger

AtomicInteger是对int类型的一个封装，提供原子性的访问和更新操作，其原子性操作的实现是基于CAS（compare-and -swap）技术。

《深入理解Java虚拟机第二版.周志明》说到这个CAS：

CAS在本专栏 第 十六章ReentrantLock 介绍过，也可以回顾一下。

1、AtomicInteger 有什么用？

老生常谈，在 synchronized 这个章节中，我们举过几个例子，也详细解释了为什么多个线程对 i 自增，最后没办法得到准确的值的原因，我们下面再来看看这个例子.

main方法一共新建了10个线程，每个线程都调用1000次 increase() 方法，让 i 自增 ，注意要用Run模式启动噢~

/**
 * @author HaC
 * @webSite https://rain.baimuxym.cn
 * @date 2021/4/28
 * @Description
 */
public class AtomicIntegerTest extends Thread {
    public static int count = 0;

    public static void increase() {
        count++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            increase();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new AtomicIntegerTest();
        }
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i].start();
        }
		
        //这段代码解释见下
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
         //剩下一个守护线程+主线程，表示子线程执行完毕
        System.out.println(count);
    }
}

debug模式启动是Thread.activeCount() > 1；

run模式启动是Thread.activeCount() > 2，idea run模式下有个后台线程。

反正这里表示的就是线程都执行完了，只剩下一个线程了就打印，否则主线程让步（yield）给子线程继续执行

以上结果输出是9371， 理想情况是输出 10000 ，但是结果不尽人意，每次输出的结果基本都不一样，都是一个小于10000的数字。

对于Java中的运算操作，例如自增或自减，若没有进行额外的同步操作，在多线程环境下就是线程不安全的。count++解析为count=count+1，明显，这个操作不具备原子性。

简单的说就是 count=count+1 执行的时候，每次都要去读到count的值（右边这个），然后再加一，然后在修改count的值（左边），但就是恰恰这个修改的时间，这10个线程执行顺序是CPU控制的，会出现 Thread1 修改count变成了 10， Thread2 也拿到了count修改也变成了 10， 这样就会导致 数据的不一致性。

用了AtomicInteger类后会变成什么样子？

我们试一下用AtomicInteger 来修饰一下这个count变量。

/**
 * @author HaC
 * @webSite https://rain.baimuxym.cn
 * @date 2021/4/28
 * @Description
 */
public class AtomicIntegerTest extends Thread {

    //    public static int count = 0;
//    使用AtomicInteger类来初始化一个int值
    public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public static void increase() {
//        count++;
//        自增
        count.getAndIncrement();
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            increase();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new AtomicIntegerTest();
        }
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i].start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
         //剩下一个守护线程+主线程，表示子线程执行完毕
        System.out.println(count);
    }
}

结果就是每次输出都是 10000，这是因为AtomicInteger.incrementAndGet()方法保证了原子性。

在increase 方法上加个synchronized也是可以的，我们前面的章节讲到，只不过性能大大降低了。

在并发环境下，某个线程对共享变量先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据那操作就成功；如果存在数据的争用冲突，那就才去补偿措施，比如不断的重试机制，直到成功为止，因为这种乐观的并发策略不需要把线程挂起，也就把这种同步操作称为非阻塞同步（操作和冲突检测具备原子性）。

原子类一览图参考如下：

上面例子用到的是AtomicInteger，还有其他场景的数据要求也可以使用合适的原子类。

高并发情况下，LongAdder(累加器)比AtomicInteger、AtomicLong原子操作效率更高，LongAdder累加器是java8新加入的，参考以下压测代码：

/**
 * @description 压测AtomicLong的原子操作性能
 **/
public class AtomicLongTest implements Runnable {
 
    private static AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            atomicLong.incrementAndGet();
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(30);
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            es.submit(new AtomicLongTest());
        }
        es.shutdown();
        //保证任务全部执行完
        while (!es.isTerminated()) { }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("AtomicLong add 耗时=" + (end - start));
        System.out.println("AtomicLong add result=" + atomicLong.get());
    }
}
/**
 * @description 压测LongAdder的原子操作性能
 **/
public class LongAdderTest implements Runnable {
 
    private static LongAdder longAdder = new LongAdder();
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            longAdder.increment();
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(30);
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            es.submit(new LongAdderTest());
        }
        es.shutdown();
        //保证任务全部执行完
        while (!es.isTerminated()) {
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("LongAdder add 耗时=" + (end - start));
        System.out.println("LongAdder add result=" + longAdder.sum());
    }
}

在高度并发竞争情形下，AtomicLong每次进行add都需要flush和refresh（这一块涉及到java内存模型中的工作内存和主内存的，所有变量操作只能在工作内存中进行，然后写回主内存，其它线程再次读取新值），

每次add()都需要同步，在高并发时会有比较多冲突，比较耗时导致效率低；而LongAdder中每个线程会维护自己的一个计数器，在最后执行LongAdder.sum()方法时候才需要同步，把所有计数器全部加起来，不需要flush和refresh操作。

参考：

• love1024.blog.csdn.net/article/details/80623884