Java并发编程的艺术Java中的13个原子操作类

　　Java中的13个原子操作类
　　当程序更新一个变量时，如果多线程同时更新这个变量，可能得到期望之外的值，比如变量i=1，A线程更新i+1，B线程也更新i+1，经过两个线程操作之后可能i不等于3，而是等于2。因 为A和B线程在更新变量i的时候拿到的i都是1，这就是线程不安全的更新操作，通常我们会使用synchronized来解决这个问题，synchronized会保证多线程不会同时更新变量i。
　　而Java从JDK 1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包（以下简称Atomic包），这个包中的原子操作类提供了一种用法简单、性能高效、线程安全地更新一个变量的方式。
　　因为变量的类型有很多种，所以在Atomic包里一共提供了13个类，属于4种类型的原子更新方式，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属性（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
　　使用原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下3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。
　　以上3个类提供的方法几乎一模一样，所以本节仅以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。
　　·int getAndSet（int newValue）：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。
　　AtomicInteger示例代码：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());     } }
　　输出结果如下：1 2
　　那么getAndIncrement是如何实现原子操作的呢？让我们一起分析其实现原理，
　　getAndIncrement的源码：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); }
　　源码中for循环体的第一步先取得AtomicInteger里存储的数值，第二步对AtomicInteger的当前数值进行加1操作，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，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？Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的，让我们一起看一下Unsafe的源码：
　　/**    * 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、compare- AndSwapInt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。
　　7.2 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。· 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。
　　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：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]);       }   }
　　以下是输出的结果。3 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。
　　7.3 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。· 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：public class AtomicReferenceTest {      public static AtomicReference atomicUserRef = new AtomicReference();      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;         }     } }
　　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。代码执行后输出结果如下。Shinichi
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　　7.4 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。· 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。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。第二步，更新类的字段（属性）必须使用public volatile修饰符。
　　以上3个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AstomicIntegerFieldUpdater为例进行讲解，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 a = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class， ＂old＂);      public static void main(String[] args) {         // 设置柯南的年龄是10岁         User conan = new User(＂conan＂， 10);         // 柯南长了一岁，但是仍然会输出旧的年龄         System.out.println(a.getAndIncrement(conan));        // 输出柯南现在的年龄         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;         }     } }
　　代码执行后输出如下。10
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