Java多线程atomic包介绍及使用方法

程序员文章站 2024-04-01 18:46:40

引言 java从jdk1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包，方便程序员在多线程环境下，无锁的进行原子操作。原子变量的底层使用了处理...

引言

java从jdk1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包，方便程序员在多线程环境下，无锁的进行原子操作。原子变量的底层使用了处理器提供的原子指令，但是不同的cpu架构可能提供的原子指令不一样，也有可能需要某种形式的内部锁,所以该方法不能绝对保证线程不被阻塞。

atomic包介绍

在atomic包里一共有12个类，四种原子更新方式，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

用于通过原子的方式更新基本类型，atomic包提供了以下三个类：

atomicboolean：原子更新布尔类型。
atomicinteger：原子更新整型。
atomiclong：原子更新长整型。
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 int getandset(int newvalue)：以原子方式设置为newvalue的值，并返回旧值。

atomicinteger例子代码如下：

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());
	}
}

输出

1
2

餐后甜点

atomic包提供了三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，让我们一起看下unsafe的源码，发现unsafe只提供了三种cas方法，compareandswapobject，compareandswapint和compareandswaplong，再看atomicboolean源码，发现其是先把boolean转换成整型，再使用compareandswapint进行cas，所以原子更新double也可以用类似的思路来实现。

原子更新数组类

通过原子的方式更新数组里的某个元素，atomic包提供了以下三个类：

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。

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。

实例代码如下：

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]);
	}
}

输出

3
1

atomicintegerarray类需要注意的是，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，不会影响到传入的数组。

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，如果要原子的更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。atomic包提供了以下三个类：

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。可以原子的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)
atomicreference的使用例子代码如下：

public class atomicreferencetest {
	public static atomicreference<user> atomicuserref = new atomicreference</user><user>();
	public static void main(string[] args) {
		user user = new user("conan", 15);
		atomicuserref.set(user);
		user updateuser = new user("shinichi", 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;
		}
	}
}

输出

shinichi
17

原子更新字段类

如果我们只需要某个类里的某个字段，那么就需要使用原子更新字段类，atomic包提供了以下三个类：

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。

原子更新字段类都是抽象类，每次使用都时候必须使用静态方法newupdater创建一个更新器。原子更新类的字段的必须使用public volatile修饰符。

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atomicintegerfieldupdater.newupdater创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。第二步，更新类的字段（属性）必须使用public volatile修饰符(private volatile int old)

atomicintegerfieldupdater的例子代码如下：

public class atomicintegerfieldupdatertest {
	private static atomicintegerfieldupdater<user> a = atomicintegerfieldupdater
				.newupdater(user.class, "old");
	public static void main(string[] args) {
		user conan = new user("conan", 10);
		system.out.println(a.getandincrement(conan));
		system.out.println(a.get(conan));
	}
	public static class user {
		private string name;
		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;
		}
	}
}

输出