《Java并发编程的艺术》读后笔记-Java中的13个原子操作类（第七章）

系统管理员 2023-10-01 12:58 31阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  《Java并发编程的艺术》读后笔记-Java中的13个原子操作类（第七章）
 *   *  1.原子更新基本类型类
     *  2.原子更新数组
     *  3.原子更新引用类型
     *  4.原子更新字段类

## 《Java并发编程的艺术》读后笔记-Java中的13个原子操作类（第七章） ##

### 1.原子更新基本类型类 ###

**使用原子的方式更新基本类型**，`Atomic`包提供了以下3个类：

1.  AtomicBoolean：原子更新布尔类型
2.  AtomicInteger：原子更新整型
3.  AtomicLong：原子更新长整型

以上3个类提供的方法几乎一模一样，所以这里仅以AtomicInteger为例进行讲解。

`AtomicInteger`的常用方法如下：

*  `int addAndGet(int delta)`：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的 value）相加，并返回结果。
 *  `boolean compareAndSet(int expect,int update)`：如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。
 *  `int getAndIncrement()`：以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值。
 *  `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。
 *  `getAndSet(int newValue)`：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值

`AtomicInteger`示例代码：

/**
     * @author xppll
     * @date 2022/1/14 17:57
     */
    public class AtomicIntegerTest {
        
        static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);
    
        public static void main(String[] args) {
        
            System.out.println(ai.getAndIncrement());//1
            System.out.println(ai.get());//2
        }
    }

> 那么getAndIncrement是如何实现原子操作的呢？

`getAndIncrement`的源码如下：

public final int getAndIncrement() {
        
        for (;;) {
        
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

1.  源码中for循环体的第一步先取得AtomicInteger里存储的数值
2.  第二步对AtomicInteger的当前数值进行加1操作
3.  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
4.  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?

`Unsafe`的源码如下：

/**
    * 如果当前数值是expected，则原子的将Java变量更新成x
    * @return 如果更新成功则返回true
    */
    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);

通过代码，我们发现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。

### 2.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4个类：

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

AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下。

*  `int addAndGet(int i,int delta)`：以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。
 *  `boolean 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的元素设置成update值。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以`AtomicIntegerArray`为例进行讲解。

`AtomicIntegerArray`的使用实例代码：

/**
     * @author xppll
     * @date 2022/1/14 18:22
     */
    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));//3
            System.out.println(value[0]);//1
        }
    }

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**

### 3.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：

1.  AtomicReference：原子更新引用类型。
2.  AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。
3.  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）。

以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AtomicReference为例进行讲解。

`AtomicReference`的使用示例代码：

/**
     * @author xppll
     * @date 2022/1/14 17:23
     */
    public class AtomicReferenceTest {
        
        public static AtomicReference<User> atomicReference = new AtomicReference<User>();
    
        public static void main(String[] args) {
        
            User user = new User("xpp", 20);
            atomicReference.set(user);
            User updateUser = new User("updateXpp", 24);
            atomicReference.compareAndSet(user, updateUser);
            System.out.println(atomicReference.get().getName());//updateXpp
            System.out.println(atomicReference.get().getOld());//24
        }
    
        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;
            }
        }
    }

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

### 4.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：

1.  AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。
2.  AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。
3.  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**。

要想原子地更新字段类需要两步。

1.  第一步，因为原子更新字段类都是抽象类，每次使用的时候必须使用**静态方法`newUpdater()`创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性**。
2.  第二步，更新类的字段（属性）必须使用`public volatile`修饰符。

`AstomicIntegerFieldUpdater`代码演示：

/**
     * @author xppll
     * @date 2022/1/14 17:46
     */
    public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {
        
        //创建原子更新器，并设置需要更新的对象类和对象的属性
        private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> a =
            AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "old");
    
        public static void main(String[] args) {
        
            //开始xpp的年龄
            User xpp = new User("xpp", 10);
            //长了一岁，这里输出还是旧的年龄
            System.out.println(a.getAndIncrement(xpp));//10
            //输出xpp现在的年龄
            System.out.println(a.get(xpp));//11
        }
    
        public static class User {
        
            private String name;
            //需要更新的字段必须使用public volatile修饰符
            public volatile 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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