AtomicIntegerFieldUpdater字段原子更新类

Posted 2020-11-22 renjiaqi

本文链接：https://blog.csdn.net/anLA_/article/details/78662383
前面讲的两个AtomicInteger和AtomicIntegerArray，这两个都是在最初设计编码时候就已经考虑到了需要保证原子性。但是往往有很多情况就是，由于需求的更改，原子性需要在后面加入，类似于我不要求你这整个类操作具有原子性，我只要求你里面一个字段操作具有原子性。没错，concurrent.atomic包下AtomicIntegerFieldUpdater就是这个作用的。

AtomicXXXFieldUpdater主要包括以下几个：AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicLongFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater。

What is AtomicIntegerFieldUpdater
相信前言部分讲的已经很清晰易懂了，AtomicIntegerFieldUpdater就是用来更新某一个实例对象里面的int属性的。
但是注意，在用法上有规则：

字段必须是volatile类型的，在线程之间共享变量时保证立即可见
字段的描述类型（修饰符public/protected/default/private）是与调用者与操作对象字段的关系一致。也就是说调用者能够直接操作对象字段，那么就可以反射进行原子操作。
对于父类的字段，子类是不能直接操作的，尽管子类可以访问父类的字段。
只能是实例变量，不能是类变量，也就是说不能加static关键字。
只能是可修改变量，不能使final变量，因为final的语义就是不可修改。
对于AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicLongFieldUpdater只能修改int/long类型的字段，不能修改其包装类型（Integer/Long）。如果要修改包装类型就需要使用AtomicReferenceFieldUpdater。
具体规则可以通过以下测试例子来分析：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

public class AtomicIntegerFieldUpdaterAnalyzeTest {

public static void main(String[] args) {
AtomicIntegerFieldUpdaterAnalyzeTest test = new AtomicIntegerFieldUpdaterAnalyzeTest();
test.testValue();
}

public AtomicIntegerFieldUpdater<DataDemo> updater(String name) {
return AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(DataDemo.class, name);
}

public void testValue() {
DataDemo data = new DataDemo();
// //访问父类的public 变量，报错：java.lang.NoSuchFieldException
// System.out.println("fatherVar = "+updater("fatherVar").getAndIncrement(data));
//
// //访问普通 变量，报错：java.lang.IllegalArgumentException: Must be volatile type
// System.out.println("intVar = "+updater("intVar").getAndIncrement(data));

// //访问public volatile int 变量，成功
// System.out.println("publicVar = "+updater("publicVar").getAndIncrement(data));
//
// //访问protected volatile int 变量，成功
// System.out.println("protectedVar = "+updater("protectedVar").getAndIncrement(data));
//
// //访问其他类private volatile int变量，失败：java.lang.IllegalAccessException
// System.out.println("privateVar = "+updater("privateVar").getAndIncrement(data));
//
// //访问，static volatile int，失败，只能访问实例对象：java.lang.IllegalArgumentException
// System.out.println("staticVar = "+updater("staticVar").getAndIncrement(data));
//
// //访问integer变量，失败， Must be integer type
// System.out.println("integerVar = "+updater("integerVar").getAndIncrement(data));
//
// //访问long 变量，失败， Must be integer type
// System.out.println("longVar = "+updater("longVar").getAndIncrement(data));

//自己在自己函数里面可以访问自己的private变量，所以如果可见，那么可以进行原子性字段更新
data.testPrivate();
}
}
class Father{
public volatile int fatherVar = 4;
}
class DataDemo extends Father {

public int intVar = 4;

public volatile int publicVar = 3;
protected volatile int protectedVar = 4;
private volatile int privateVar = 5;

public volatile static int staticVar = 10;
//The field finalVar can be either final or volatile, not both
//public final volatile int finalVar = 11;

public volatile Integer integerVar = 19;
public volatile Long longVar = 18L;

public void testPrivate(){
DataDemo data = new DataDemo();
System.out.println(AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(DataDemo.class, "privateVar").getAndIncrement(data));
}

实现
首先看定义：

/**
* 允许一个已经定义的类里面的某一个volatile int型变量的原子更新。
* 注意只能够原子更新里面的某一个int型的变量。
* 思路是通过反射获取变量，为一个updater，然后进行更新。
*/
public abstract class AtomicIntegerFieldUpdater<T>

AtomicIntegerFieldUpdater是一个抽象类，但是它内部有一个private final类型的默认子类，所以在调用newUpdater的时候，会用模式子类来实现：

/**
* 创建一个updater，
* tclass：包含类的名称
* fieldName：字段名字
*/
@CallerSensitive
public static <U> AtomicIntegerFieldUpdater<U> newUpdater(Class<U> tclass,
String fieldName) {
return new AtomicIntegerFieldUpdaterImpl<U>
(tclass, fieldName, Reflection.getCallerClass());
}

而除了这些之外，子类中还有判断对象访问权限，以及判断是否为父类，是否同一个包等方法：

//判断second是否为first的父类
private static boolean isAncestor(ClassLoader first, ClassLoader second) ;
//判断class1和class2是否在同一个包下
private static boolean isSamePackage(Class<?> class1, Class<?> class2)
//获得包名
private static String getPackageName(Class<?> cls)
//判断object是否为当前class的一个子类
private final void accessCheck(T obj)

另外就是一些CAS方法，实际上都是调用Unsafe.java中的native方法：

public final boolean compareAndSet(T obj, int expect, int update) {
accessCheck(obj);
return U.compareAndSwapInt(obj, offset, expect, update);
}

public final boolean weakCompareAndSet(T obj, int expect, int update) {
accessCheck(obj);
return U.compareAndSwapInt(obj, offset, expect, update);
}

public final void set(T obj, int newValue) {
accessCheck(obj);
U.putIntVolatile(obj, offset, newValue);
}

public final void lazySet(T obj, int newValue) {
accessCheck(obj);
U.putOrderedInt(obj, offset, newValue);
}

public final int get(T obj) {
accessCheck(obj);
return U.getIntVolatile(obj, offset);
}

public final int getAndSet(T obj, int newValue) {
accessCheck(obj);
return U.getAndSetInt(obj, offset, newValue);
}

AtomicLongFieldUpdater和AtomicReferenceFieldUpdater
在AtomicLongFieldUpdater类中，由于有些32位系统一次性无法对64位的long进行原子运算，所以为了保证安全，在这些不能一次性进行原子运算的需要区分考虑，利用加synchronized锁来实现：

@CallerSensitive
public static <U> AtomicLongFieldUpdater<U> newUpdater(Class<U> tclass,
String fieldName) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
if (AtomicLong.VM_SUPPORTS_LONG_CAS)
//直接cas实现
return new CASUpdater<U>(tclass, fieldName, caller);
else
//带synchronized锁实现
return new LockedUpdater<U>(tclass, fieldName, caller);
}

什么意思呢？下面给出几个具体方法：

直接CAS实现：

//直接CAS实现
public final boolean compareAndSet(T obj, long expect, long update) {
accessCheck(obj);
return U.compareAndSwapLong(obj, offset, expect, update);
}

加锁的CAS实现：

//加锁的CAS实现
public final boolean compareAndSet(T obj, long expect, long update) {
accessCheck(obj);
synchronized (this) {
long v = U.getLong(obj, offset);
if (v != expect)
return false;
U.putLong(obj, offset, update);
return true;
}
}

在其他方面， AtomicLongFieldUpdater和AtomicReferenceFieldUpdater实现思想基本一致。

参考资料：
http://blog.csdn.net/u010412719/article/details/52068888
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