java并发编程-12个原子类

背景

多线程更新变量的值，可能得不到预期的值，当然增加syncronized关键字可以解决线程并发的问题。
这里提供另外一种解决问题的方案，即位于 java.util.concurrent.atomic包下的原子操作类，提供了一种用法简单，性能高效，线程安全的更新变量的方式。

其它两个附带的类顺带看了一下：

longaddr 多线程先的sum操作
longaccomulator 多线程下的函数式操作，性能低于atomiclong,主要是函数式的支持；

简单分类：

基本类型原子类

使用原子的方式更新基本类型，包括：

• atomicboolean
• atomicinteger
• atomiclong

核心方法：

直接看源码了。

类签名：
public class atomicinteger extends number implements java.io.serializable {}

方法	功能说明
构造方法	两个构造方法，不传或者传入值
get方法	get()获取值；对应的有set(int)方法，layzyset(int) 懒设置
getandadd(int)	获得老值然后增加一个数字， 对应的有addandget(int)增加一个数字并返回新值
getandset(int)	获得老值然后更新为新值
getandincreament()	获得老值然后+1，对应的有increamentandget() +1然后返回新值
getanddecrement()	获得老值然后-1 ，对应的有decrementandget() -1然后返回新值
getandupdate(intunaryoperator)	获取老值然后执行一个函数得到新值并设置，对应的有updateandget(intunaryoperator) 先执行内置函数式接口再返回新值
getandaccumulate(int,intbinaryoperator)	获取老值，然后把老值和第一个参数进行函数运算的返回值并设置 ，对应的有accumulateandget(int,intbinaryoperator) 执行运算然后返回新值
compareandset(int,int)	对比如果跟预期值相等则设置为新值，对应的有weakcompareandset(int,int)这个是不保证顺序设置
tostring	返回数字的字符串形式
number继承过来的方法	longvalue(),bytevalue()直接做了类型转换
object继承过来的方法	直接沿用object的方法

底层是基于 unsafe来实现，基于cas来原子性；

来研究一下unsafe的实现源码：

    /**
     * atomically decrements by one the current value.
     *
     * @return the previous value
     */
    public final int getanddecrement() {
        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;
    }

大致的处理流程是：死循环，对比； 也就是cas；
利用了volatile的特性，多线程的变量可见性；

原子数组

通过原子的方式更新数组中的某个元素；

包含3个类：

• atomicintegerarray
• atomicintegerlongarray
• atomicreferencearray

抓一个类来分析研究一下：

public class atomicintegerarray implements java.io.serializable {}

方法	说明
构造方法	public atomicintegerarray(int length)，public atomicintegerarray(int[] array)这里会做一个clone,不影响传入的数组的值
length	得到内部数组的长度
get,set,layziset	获取，设置，懒设置
compareandset,weakcompareandset	cas操作， weak方法不保证操作的顺序性
getandadd,getandupdate,getandaccumulate	有反向的方法，就是先计算，然后返回新值
tostring	打印出数组【数字1，数字2】

原子类型的操作比较特殊一点：

    /**
     * atomically adds the given value to the element at index {@code i}.
     *
     * @param i the index
     * @param delta the value to add
     * @return the previous value
     */
    public final int getandadd(int i, int delta) {
        return unsafe.getandaddint(array, checkedbyteoffset(i), delta);
    }

 private long checkedbyteoffset(int i) {
        if (i < 0 || i >= array.length)
            throw new indexoutofboundsexception("index " + i);

        return byteoffset(i);
    }

    private static long byteoffset(int i) {
        return ((long) i << shift) + base;
    }

这块获取数组中的值时候用到了一个移位操作；

更新引用

原子更新类atomicinterger只能更新一个变量，如果要更新多个不同的变量就要用到原子更新引用 类型提供的类；

• atomicreference 更新引用类型
• atomicreferencefieldupdater 更新引用类型的字段
• atomicmarkablererence 更新带有标志位的引用类型

以atomicreference为例子：

签名：public class atomicreference implements java.io.serializable{}

方法：

方法	说明
构造方法	public atomicreference(v initialvalue) 带初始值；public atomicreference()
get,set,lazyset	设置，获取，懒设置
compareandset,weakcompareandset	cas操作，weak方法不保证顺序
getandset,getandupdate,getandaccumulate	有反向的操作
tostring	打印出里面的对象

底层分析：

    /**
     * atomically sets to the given value and returns the old value.
     *
     * @param newvalue the new value
     * @return the previous value
     */
    @suppresswarnings("unchecked")
    public final v getandset(v newvalue) {
        return (v)unsafe.getandsetobject(this, valueoffset, newvalue);
    }

利用了unsafe提供的特性保证了原子操作；

原子更新字段

需要原子的更新某个类的某个字段，需要用到原子更新字段类；

• atomicintegerfiledupdater 不用多说，原子更新类的interger字段
• atomiclongfieldupdater 不用多说，原子更新类的long字段
• atomicstampedreference 原子更新带版本号的引用类型，可以原子的更新引用和引用的版本号，解决aba问题；

使用要点：

1. 每次必须使用静态方法 newupdater创建一个更新器，设置类和属性；
2. 更新的类的属性必须使用 public volatile修饰；

package com.cocurrenttest.atomictest;

import lombok.allargsconstructor;
import lombok.builder;
import lombok.data;
import lombok.noargsconstructor;

/**
 * 说明：人实体
 * @author carter
 * 创建时间： 2019年12月06日 19:27
 **/
@data
@noargsconstructor
@allargsconstructor
@builder
public class person {

    private string name;

    //注意，只能是int,integer会报错哦
    public volatile int age;
}

package com.cocurrenttest.atomictest;

import java.util.concurrent.atomic.atomicintegerfieldupdater;

/**
 * 说明：todo
 * @author carter
 * 创建时间： 2019年12月06日 19:26
 **/

public class testatomicintegerupdater {

    public static void main(string[] args) {

        final atomicintegerfieldupdater<person> personatomicintegerfieldupdater = atomicintegerfieldupdater.newupdater(person.class, "age");

        person person = person.builder().name("lifuchun").age(30).build();

        personatomicintegerfieldupdater.addandget(person,1);

        final int age = personatomicintegerfieldupdater.get(person);
        system.out.println(age);

        assert age==31 : "更新失败";


    }

}

小结

原子操作类都介绍了一下，适当的场景的话，简单的说一下我使用过的两个场景：

1. 多任务去数据copy的时候的对账，计算出总的修改行数，或者迁移的订单总金额，方便两边对比；
2. 流式操作的lambda表达式里面需要传入的局部变量为final,但是 一般的类型在方法中不是final的，还需要在中间过程中修改，ide提示可以使用原子类包装，然后带上final去修改；

package com.cocurrenttest.atomictest;

import java.util.arrays;
import java.util.list;
import java.util.concurrent.atomic.atomicreference;
import java.util.stream.collectors;

/**
 * 说明：todo
 * @author carter
 * 创建时间： 2019年12月06日 19:36
 **/

public class teststream {

    public static void main(string[] args) {

        integer age = 25 ;
      final string name="b";

      //some condition to change
      name ="bbb";

        final list<person> personlist = arrays.aslist(
                person.builder().name("aaa").age(10).build(),
                person.builder().name("bbb").age(20).build(),
                person.builder().name("ccc").age(30).build()
        )
                .stream()
                .filter(item -> item.getage() >= age)
                .filter(item->item.getname().contains(name))
                .collect(collectors.tolist());

        system.out.println(personlist);

    }


    public static void main2(string[] args) {

        integer age = 25 ;
      final atomicreference<string> name=new atomicreference<>("b");

        //some condition to change
        name.set("bbb");;

        final list<person> personlist = arrays.aslist(
                person.builder().name("aaa").age(10).build(),
                person.builder().name("bbb").age(20).build(),
                person.builder().name("ccc").age(30).build()
        )
                .stream()
                .filter(item -> item.getage() >= age)
                .filter(item->item.getname().contains(name.get()))
                .collect(collectors.tolist());

        system.out.println(personlist);

    }

}

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