Java 并发-使用原子类

原子类简介

1. 原子类是 Java atomic 包中提供的一系列原子操作的类，大多以 Atomic 开头

2. 原子类一种无锁方案，原理是使用 CAS 指令，因为不需要涉及到操作系统内核层面的加锁，性能很好

3. CAS 指令封装在 Unsafe 类的本地方法中，底层是硬件支持的 compare_exchange 指令

4. CAS 指令是先比较判断值是否更新，没更新就交换数据，有更新就循环尝试

   示例代码模拟 CAS 和自旋操作

   class Adder {
       private volatile int count;
       public void addOne() {
           // 存储一份当前值和 +1 后的值
           int oldVal, newVal;
           do {
               oldVal = this.count;
               newVal = oldVal + 1;
           } while (!cas(oldVal, newVal));
       }
   
       /**
         * 利用 synchronized 模拟原子的 CAS 操作
         *
         * @param oldVal 旧值
         * @param newVal 新值
         * @return 比较旧值，没有更新才设置新值，返回 true
         */
       private synchronized boolean cas(int oldVal, int newVal) {
           // 比较数据是否发生改变
           if (oldVal == this.count) {
               this.count = newVal;
               return true;
           }
           return false;
       }
   }
   

原子类型

基本数据类型

1. 原子类

   有 AtomicBoolean、AtomicInteger 和 AtomicLong

2. 常用 API

   AtomicInteger integer = new AtomicInteger();
   // i++
   integer.getAndIncrement();
   // --i
   integer.decrementAndGet();
   // 加上指定值，返回加前的值
   integer.getAndAdd(delta);
   

3. 使用场景：

   原子的更新一个基本数据类型

对象引用类型

1. 原子类

   有 AtomicReference、AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference

2. 常用 API

   AtomicReference<User> atomicUser = new AtomicReference<>();
   atomicUser.set(new User("张三", 20));
   atomicUser.getAndAccumulate(new User("李四", 21), (user, user2) -> user);
   

3. 使用场景：

   原子的更新整个对象

   AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference 在更新时会添加版本号，可以解决 ABA 问题

对象属性更新器

1. 原子类

   有 AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater 和 AtomicReferenceFieldUpdater

2. 常用 API

   User user = new User("张三", 20);
   // 年龄更新器，age 属性需要声明为 volatile
   AtomicIntegerFieldUpdater<User> fieldUpdater = 
       AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");
   // 年龄加一
   fieldUpdater.getAndAdd(user, 1);
   

3. 使用场景：

   原子的更新对象的某个属性

数组

1. 原子类

   有 AtomicIntegerArray、AtomicLongArray 和 AtomicReferenceArray

2. 常用 API

   AtomicIntegerArray array = new AtomicIntegerArray(1);
   // 下标 i 的元素，加上 delta
   array.addAndGet(i, delta)
   

3. 使用场景：

   原子的更新数组元素，和原子基本数据类型使用方式类似，方法参数需要转入索引

   比原子基本数据类型的数组更节约空间

累加器

1. 原子类

   有 DoubleAccumulator、DoubleAdder、LongAccumulator 和 LongAdder

2. 常用 API

   LongAdder adder = new LongAdder();
   // +1
   adder.increment();
   // 获取 int 值
   adder.intValue();
   

3. 使用场景：

   与原子基本数据类型相比，专门用来执行累加操作，性能更好