Java的原子性Atomic如何使用
这篇文章主要介绍"Java的原子性Atomic如何使用"的相关知识，小编通过实际案例向大家展示操作过程，操作方法简单快捷，实用性强，希望这篇"Java的原子性Atomic如何使用"文章能帮助大家解决问题。
线程安全
当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程将如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协调，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类时线程安全的。
线程安全主要体现在以下三个方面
原子性：提供了互斥访问，同一时刻只能有一个线程对它进行操作
可见性：一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到
有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序的存在，该观察结果一般杂乱无序
JUC中的Atomic包详解
Atomic包中提供了很多Atomicxxx的类：
它们都是CAS（compareAndSwap）来实现原子性。
先写一个简单示例如下：
@Slf4jpublic class AtomicExample1 { // 请求总数 public static int clientTotal = 5000; // 同时并发执行的线程数 public static int threadTotal = 200; public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal); for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) { executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); add(); semaphore.release(); } catch (Exception e) { log.error("exception", e); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); log.info("count:{}", count.get()); } private static void add() { count.incrementAndGet(); }}可以发下每次的运行结果总是我们想要的预期结果5000。说明该计数方法是线程安全的。
我们查看下count.incrementAndGet()方法，它的第一个参数为对象本身，第二个参数为valueOffset是用来记录value本身在内存的编译地址的，这个记录，也主要是为了在更新操作在内存中找到value的位置，方便比较，第三个参数为常量1
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L; // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); private static final long valueOffset; static { try { valueOffset = unsafe.objectFieldOffset (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } } private volatile int value; ... 此处省略多个方法... /** * Atomically increments by one the current value. * * @return the updated value */ public final int incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; }}AtomicInteger源码里使用了一个Unsafe的类,它提供了一个getAndAddInt的方法，我们继续点看查看它的源码：
public final class Unsafe { private static final Unsafe theUnsafe; ....此处省略很多方法及成员变量.... 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; } public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);}可以看到这里使用了一个do while语句来做主体实现的。而在while语句里它的核心是调用了一个compareAndSwapInt()的方法。它是一个native方法，它是一个底层的方法，不是使用Java来实现的。
假设我们要执行0+1=0的操作，下面是单线程情况下各参数的值：
更新后：
compareAndSwapInt()方法的第一个参数（var1）是当前的对象，就是代码示例中的count。此时它的值为0（期望值）。第二个值（var2）是传递的valueOffset值，它的值为12。第三个参数（var4）就为常量1。方法中的变量参数（var5）是根据参数一和参数二valueOffset，调用底层getIntVolatile方法得到的值，此时它的值为0 。compareAndSwapInt()想要达到的目标是对于count这个对象，如果当前的期望值var1里的value跟底层的返回的值（var5）相同的话，那么把它更新成var5+var4这个值。不同的话重新循环取期望值（var5）直至当前值与期望值相同才做更新。compareAndSwap方法的核心也就是我们通常所说的CAS。
Atomic包下其他的类如AtomicLong等的实现原理基本与上述一样。
这里再介绍下LongAdder这个类，通过上述的分析，我们已经知道了AtomicLong使用CAS：在一个死循环内不断尝试修改目标值直到修改成功。如果在竞争不激烈的情况下，它修改成功概率很高。反之，如果在竞争激烈的情况下，修改失败的概率会很高，它就会进行多次的循环尝试，因此性能会受到一些影响。
对于普通类型的long和double变量，jvm允许将64位的读操作或写操作拆成两个32位的操作。LongAdder的核心思想是将热点数据分离，它可以将AtomicLong内部核心数据value分离成一个数组，每个线程访问时通过hash等算法映射到其中一个数字进行计数。而最终的计数结果则为这个数组的求和累加，其中热点数据value，它会被分离成多个单元的cell，每个cell独自维护内部的值,当前对象的实际值由所有的cell累计合成。这样,热点就进行了有效的分离,提高了并行度。LongAdder相当于在AtomicLong的基础上将单点的更新压力分散到各个节点上，在低并发的时候对base的直接更新可以很好的保障跟Atomic的性能基本一致。而在高并发的时候，通过分散提高了性能。但是如果在统计的时候有并发更新，可能会导致统计的数据有误差。
在实际高并发计数的时候，可以优先使用LongAdder。在低并行度或者需要准确数值的时候可以优先使用AtomicLong，这样反而效率更高。
下面简单的演示下Atomic包下AtomicReference简单的用法：
@Slf4jpublic class AtomicExample4 { private static AtomicReference count = new AtomicReference<>(0); public static void main(String[] args) { count.compareAndSet(0, 2); count.compareAndSet(0, 1); log.info("count:{}", count.get()); }} compareAndSet()分别传入的是预期值跟更新值，只有当预期值跟当前值相等时，才会将值更新为更新值；
上面的第一个方法可以将值更新为2，而第二个步中无法将值更新为1。
下面简单介绍下AtomicIntegerFieldUpdater 用法（利用原子性去更新某个类的实例）：
@Slf4jpublic class AtomicExample5 { private static AtomicIntegerFieldUpdater updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicExample5.class, "count"); @Getter private volatile int count = 100; public static void main(String[] args) { AtomicExample5 example5 = new AtomicExample5(); if (updater.compareAndSet(example5, 100, 120)) { log.info("update success 1, {}", example5.getCount()); } if (updater.compareAndSet(example5, 100, 120)) { log.info("update success 2, {}", example5.getCount()); } else { log.info("update failed, {}", example5.getCount()); } }} 它可以更新某个类中指定成员变量的值。
注意：修改的成员变量需要用volatile关键字来修饰，并且不能是static描述的字段。
AtomicStampReference这个类它的核心是要解决CAS的ABA问题（CAS操作的时候，其他线程将变量的值A改成了B，接着又改回了A，等线程使用期望值A与当前变量进行比较的时候，发现A变量没有变，于是CAS就将A值进行了交换操作。
实际上该值已经被其他线程改变过）。
ABA问题的解决思路就是每次变量变更的时候，就将版本号加一。
看一下它的一个核心方法compareAndSet()：
public class AtomicStampedReference{ private static class Pair { final T reference; final int stamp; private Pair(T reference, int stamp) { this.reference = reference; this.stamp = stamp; } static Pair of(T reference, int stamp) { return new Pair (reference, stamp); } } ... 此处省略多个方法 .... public boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) { Pair current = pair; return expectedReference == current.reference && expectedStamp == current.stamp && ((newReference == current.reference && newStamp == current.stamp) || casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp))); }}
可以看到它多了一个stamp的比较，stamp的值是由每次更新的时候进行维护的。
再介绍下AtomicLongArray，它维护了一个数组。在该数组下，我们可以选择性的已原子性操作更新某个索引对应的值。
public class AtomicLongArray implements java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = -2308431214976778248L; private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); ...此处省略.... /** * Atomically sets the element at position {@code i} to the given value * and returns the old value. * * @param i the index * @param newValue the new value * @return the previous value */ public final long getAndSet(int i, long newValue) { return unsafe.getAndSetLong(array, checkedByteOffset(i), newValue); } /** * Atomically sets the element at position {@code i} to the given * updated value if the current value {@code ==} the expected value. * * @param i the index * @param expect the expected value * @param update the new value * @return {@code true} if successful. False return indicates that * the actual value was not equal to the expected value. */ public final boolean compareAndSet(int i, long expect, long update) { return compareAndSetRaw(checkedByteOffset(i), expect, update); }}最后再写一个AtomcBoolean的简单使用：
@Slf4jpublic class AtomicExample6 { private static AtomicBoolean isHappened = new AtomicBoolean(false); // 请求总数 public static int clientTotal = 5000; // 同时并发执行的线程数 public static int threadTotal = 200; public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal); for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) { executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); test(); semaphore.release(); } catch (Exception e) { log.error("exception", e); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); log.info("isHappened:{}", isHappened.get()); } private static void test() { if (isHappened.compareAndSet(false, true)) { log.info("execute"); } }}关于"Java的原子性Atomic如何使用"的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识，可以关注行业资讯频道，小编每天都会为大家更新不同的知识点。
