Java 中的 13 个原子操作类

2022 年 6 月 05 日
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Java 中的 13 个原子操作类

Atomic 包里一共提供了 13 个类，属于 4 种类型的原子更新方式，分别是原子更新基本类型、原子更新数组、原子更新引用和原子更新属性（字段）。

Atomic 包里的类基本都是使用 Unsafe 实现的包装类。

原子更新基本类型类

AtomicBoolean：原子更新布尔类型。
AtomicInteger：原子更新整型。
AtomicLong：原子更新长整型。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicIntegerTest {    static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);    public static void main(String[] args) {        System.out.println(ai.getAndIncrement());        System.out.println(ai.get());    }}

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public final int getAndIncrement() {    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);}

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public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {    int var5;    do {        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    return var5;}

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源码中 for 循环体的第一步先取得 AtomicInteger 里存储的数值，第二步对 AtomicInteger 的当前数值进行加 1 操作，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，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？Atomic 包里的类基本都是使用 Unsafe 实现的

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。

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);

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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 3 个类。

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

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));        System.out.println(value[0]);    }}

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输出结果：

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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。

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。

AtomicReference：原子更新引用类型。
AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。
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）。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
public class AtomicReferenceTest {    public static AtomicReference<User> atomicUserRef = new AtomicReference<User>();
    public static void main(String[] args) {        User user = new User("zhoujielun", 15);        atomicUserRef.set(user);        User updateUser = new User("wuyifan", 17);        atomicUserRef.compareAndSet(user, updateUser);        System.out.println(atomicUserRef.get().getName());        System.out.println(atomicUserRef.get().getOld());    }
    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;        }    }}

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代码中首先构建一个 user 对象，然后把 user 对象设置进 AtomicReference 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

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。

AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。
AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。
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。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/8102518335c2b337dfe14b420】。文章转载请联系作者。

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Java 中的 13 个原子操作类

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