聊一聊Java中的原子类

在前面的聊聊内容中，我们已经学习了CAS的原类原理，所以对于学习本节来说会非常容易。聊聊本节介绍Java中的原类原子类是java.util.concurrent.atomic包下的对象，他们之所以有原子性的聊聊共性，都来源于CAS，原类可见CAS的聊聊重要性。对于原子类变量的原类操作是不会存在并发性问题的，不需要使用同步手段进行并发控制。聊聊它底层自身的原类实现即可保证变量的可见性以及操作的原子性，一般我们可以使用AtomicInteger，聊聊AtomicLong等实现计数器等功能，原类利用AtomicBoolean实现标志位等功能。聊聊

原子类是原类JDK5提供的，当时只有12个原子类，聊聊发展到JDK8时，又多出了4个原子类，如下图2-25所示，红色框内为JDK8新增加的云服务器。

图2-25 Java16个原子类

下面我们来对这些原子类进行分类讲解。

2.10.1原子更新基本类型

l AtomicBoolean: 原子更新布尔类型。

l AtomicInteger: 原子更新整型。

l AtomicLong: 原子更新长整型。

我们以AtomicInteger为例，AtomicIngeter的常用方法如下：

n int addAndGet(int delta): 以原子的方式将参数与实例中的值相加，并返回结果。

n boolean compareAndSet(int expect, int update): 如果输入的值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。

n int getAndIncrement(): 以原子的方式将当前值加1，然后返回自增前的值，也就是旧值。此方法也是比较常用的方法，可以用来做计数器。

n 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。

n int getAndSet(int newValue): 以原子的方式设置为newValue,并返回旧值。

n int incrementAndGet(): 和getAndIncrement一样，高防服务器他返回的是自增后的值。

记得在讲解CAS应用的代码案例中，使用过原子自增的方法，下面我们看看getAndIncrement() 是如何实现原子操作的，请看2-45示例代码中AtomicInteger部分源码。

代码清单2-45 AtomicInteger.java

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

我们取得了旧值，然后把要加的数传过去，调用getAndAddInt () 进行原子更新操作，实际最核心的方法是 compareAndSwapInt()，使用CAS进行更新。我们Unsafe只提供了3中CAS操作，另外注意，AtomicBoolean 是把Boolean转成整型，在使用 compareAndSwapInt 进行操作的。在atomic包里的对象基本都是使用Unsafe提供的3中CAS操作的方法实现的，请看Unsafe源码，网站模板如代码清单2-46所示。

代码清单2-46 Unsafe.java

/**  * 如果当前数值是var4，则原子的将java变量更新成var5或var6  * @return 如果更新成功返回true  */ public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);     public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);     public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6); 

2.10.2原子更新数组

l AtomicIntegerArray: 原子更新整型数组里的元素。

l AtomicLongArray: 原子更新长整型数组里的元素。

l AtomicReferenceArray: 原子更新引用类型数组里的元素。

这三个类的最常用的方法是如下两个方法：

n get(int index)：获取索引为index的元素值。

n 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 的元素设置为update值。

2.10.3原子更新引用类型

l AtomicReference: 原子更新引用类型。

l AtomicReferenceFieldUpdater: 原子更新引用类型的字段。

l AtomicMarkableReferce: 原子更新带有标记位的引用类型，可以使用构造方法更新一个布尔类型的标记位和引用类型。

这三个类提供的方法都差不多，首先构造一个引用对象，然后把引用对象set进Atomic类，然后调用compareAndSet等一些方法去进行原子操作，原理都是基于Unsafe实现，但AtomicReferenceFieldUpdater略有不同，更新的字段必须用volatile修饰。下面我们使用原子引用类型写一个简单的Demo，请看示例代码2-47所示

代码清单2-47 AtomicReferenceDemo.java

public class AtomicReferenceDemo {      public static AtomicReference<User> ai = new AtomicReference<User>();     public static void main(String[] args) {          User u1 = new User("pangHu", 18);         ai.set(u1);         User u2 = new User("pangPang", 15);         ai.compareAndSet(u1, u2);         System.out.println(ai.get().getAge() + ai.get().getName());     }     static class User {          private String name;         private int age;  //省略getter、settrt     } } 

输出结果。

15pangPang

2.10.4原子更新字段类

如果需要原子的更新类里某个字段时，需要用到原子更新字段类，Atomic包提供了3个类进行原子字段更新：

l AtomicIntegerFieldUpdater: 原子更新整型的字段的更新器。

l AtomicLongFieldUpdater: 原子更新长整型字段的更新器。

l AtomicStampedFieldUpdater: 原子更新带有版本号的引用类型。该方法比较重要，他和引用类型加上一个整数值，可以控制数据的版本号，这样就可以解决CAS更新时可能出现的ABA问题。和引用类型一样更新类的字段必须使用 public volatile 修饰。

2.10.5 JDK8新增原子类简介

l DoubleAccumulator

l LongAccumulator

l DoubleAdder

l LongAdder

下面以 LongAdder 为例介绍一下，并列出使用注意事项。

这些类对应把 AtomicLong 等类的改进。比如 LongAccumulator 与 LongAdder 在高并发环境下比 AtomicLong 更高效。

Atomic、Adder在低并发环境下，两者性能很相似。但在高并发环境下，Adder 有着明显更高的吞吐量，但是有着更高的空间复杂度。

LongAdder其实是LongAccumulator的一个特例，调用LongAdder相当使用下面的方式调用LongAccumulator。

sum()方法在没有并发的情况下调用，如果在并发情况下使用会存在计数不准，下面有代码为例。

LongAdder不可以代替AtomicLong，虽然 LongAdder的add()方法可以原子性操作，但是并没有使用 Unsafe 的CAS算法，只是使用了CAS的思想。

LongAdder其实是LongAccumulator的一个特例，调用LongAdder相当使用下面的方式调用LongAccumulator，LongAccumulator提供了比LongAdder更强大的功能，构造函数其中accumulatorFunction一个双目运算器接口，根据输入的两个参数返回一个计算值，identity则是LongAccumulator累加器的初始值。

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