Java多线程技术之八（JUC之原子类）

一、简介

原子操作表示操作过程不会被中断，即使是在多线程环境下也能保证数据操作是以原子方式进行的，原子类是具有原子操作特征的类。原子类底层利用CAS、volatile和native方法来保证原子操作，从而避免synchronized的高开销，执行效率大为提升。

JUC中的原子类可以分为5类：基本类型、引用类型、数组类型、对象属性更新器和累加器。

二、基本类型

  • AtomicInteger
    整形原子类
  • AtomicLong
    长整型原子类
  • AtomicBoolean
    布尔型原子类

使用示例

public class AtomicDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);

        // 以原子方式设置为给定值，返回旧值。
        System.out.println(atomicInteger.getAndSet(2));

        // 如果当前值 == 预期值，则以原子方式将该值设置为给定的更新值，如果成功返回true。
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(102,99));

        // 以原子方式将给定值与当前值相加，返回新值。
        System.out.println(atomicInteger.addAndGet(2));
        
        // 以原子方式将给定值与当前值相加，返回旧值。
        System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(2));

        // 以原子方式将当前值加1，返回新值。
        System.out.println(atomicInteger.incrementAndGet());

        // 以原子方式将当前值加1，返回旧值。
        System.out.println(atomicInteger.getAndIncrement());
        
        // 以原子方式将当前值减1，返回新值。
        System.out.println(atomicInteger.decrementAndGet());
        
        // 以原子方式将当前值减1，返回旧值。
        System.out.println(atomicInteger.getAndDecrement());
    }
}

三、引用类型

  • AtomicReference
    引用类型原子类
  • AtomicStampedReference
    带有整数标志的引用类型原子类
  • AtomicMarkableReference
    带有标记位的引用类型原子类

使用示例

public class AtomicDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicReference<String> reference = new AtomicReference<String>();

        // 设置为给定值。
        reference.set("the string");
        System.out.println(reference);

        // 返回当前值。
        System.out.println(reference.get());
        
        // 以原子方式设置为给定值，返回旧值。
        System.out.println(reference.getAndSet("new string"));

        // 如果当前值 == 预期值，则以原子方式将该值设置为给定的更新值，如果成功返回true。
        System.out.println(reference.compareAndSet("new string","last string"));


        // 带有整数标志的AtomicReference
        AtomicStampedReference<String> stampedReference = new AtomicStampedReference<String>("the string",123456);

        // 返回该引用的当前值。
        System.out.println(stampedReference.getReference());

        // 返回该标志的当前值。
        System.out.println(stampedReference.getStamp());

        // 同时设置该引用和标志的值。
        stampedReference.set("new string",654321);

        //如果当前引用 == 预期引用，并且当前标志等于预期标志，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值，成功则返回true。
        System.out.println(stampedReference.compareAndSet("new string","last string",654321,321456));
        
        
        // 带有布尔标记的AtomicReference
        AtomicMarkableReference<String> markableReference = new AtomicMarkableReference<String>("the string",true);

        // 返回该引用的当前值。
        System.out.println(markableReference.getReference());

        // 返回该标志的当前值。
        System.out.println(markableReference.getStamp());

        // 同时设置该引用和标志的值。
        markableReference.set("new string",false);

        //如果当前引用 == 预期引用，并且当前标志等于预期标志，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值，成功则返回true。
        System.out.println(markableReference.compareAndSet("new string","last string",false,true));

    }
}

四、数组类型

  • AtomicIntegerArray
    整形数组原子类
  • AtomicLongArray
    长整形数组原子类
  • AtomicReferenceArray
    引用类型数组原子类

使用示例

public class AtomicDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicIntegerArray integerArray = new AtomicIntegerArray(10);

        // 以原子方式将索引i的元素设置为给定值，返回旧值。
        System.out.println(integerArray.getAndSet(0,2));

        // 如果当前值 == 预期值，则以原子方式将索引i的元素设置为给定的更新值，如果成功返回true。
        System.out.println(integerArray.compareAndSet(0,2,99));

        // 以原子方式将给定值与索引i的元素相加，返回新值。
        System.out.println(integerArray.addAndGet(0,2));
        
        // 以原子方式将给定值与索引i的元素相加，返回旧值。
        System.out.println(integerArray.getAndAdd(0,2));

        // 以原子方式将索引i的元素加1，返回新值。
        System.out.println(integerArray.incrementAndGet(0));

        // 以原子方式将索引i的元素加1，返回旧值。
        System.out.println(integerArray.getAndIncrement(0));
        
        // 以原子方式将索引i的元素减1，返回新值。
        System.out.println(integerArray.decrementAndGet(0));
        
        // 以原子方式将索引i的元素减1，返回旧值。
        System.out.println(integerArray.getAndDecrement(0));


        // 引用类型数组原子类
        AtomicReferenceArray<String> referenceArray = new AtomicReferenceArray<String>(10);

        // 以原子方式将索引i的元素设置为给定值。
        referenceArray.set(0,"the string");

        // 返回索引i的元素的当前值。
        System.out.println(referenceArray.get(0));
        
        // 以原子方式将索引i的元素设置为给定值，返回旧值。
        System.out.println(referenceArray.getAndSet(0,"new string"));

        // 如果当前值 == 预期值，则以原子方式将索引i的元素设置为给定的更新值，成功则返回true。
        System.out.println(referenceArray.compareAndSet(0,"new string","last string"));

    }
}

五、对象属性更新器

  • AtomicIntegerFieldUpdater
    以原子方式更新对象中volatile整形字段的更新器
  • AtomicLongFieldUpdater
    以原子方式更新对象中volatile长整形字段的更新器
  • AtomicReferenceFieldUpdater
    以原子方式更新对象中volatile引用类型字段的更新器。

使用示例

public class AtomicDemo {
    // volatile整形字段
    public volatile int num = 100;

    // volatile引用类型字段
    public volatile String str = "the string";

    public static void main(String[] args) {
        AtomicDemo demo = new AtomicDemo();

        // 使用给定字段为对象创建和返回一个整形字段更新器。
        AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicDemo> integerUpdater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicDemo.class,"num");

        // 以原子方式将此更新器管理的给定对象的字段设置为给定值，返回旧值。
        System.out.println(integerUpdater.getAndSet(demo,2));

        // 如果当前值 == 预期值，则以原子方式将此更新器管理的给定对象的字段设置为给定的更新值，如果成功返回true。
        System.out.println(integerUpdater.compareAndSet(demo,102,99));

        // 以原子方式将给定值与此更新器管理的给定对象的字段当前值相加，返回新值。
        System.out.println(integerUpdater.addAndGet(demo,2));
        
        // 以原子方式将给定值与此更新器管理的给定对象的字段当前值相加，返回旧值。
        System.out.println(integerUpdater.getAndAdd(demo,2));

        // 以原子方式将此更新器管理的给定对象的字段当前值加1，返回新值。
        System.out.println(integerUpdater.incrementAndGet(demo));

        // 以原子方式将此更新器管理的给定对象的字段当前值加1，返回旧值。
        System.out.println(integerUpdater.getAndIncrement(demo));
        
        // 以原子方式将此更新器管理的给定对象的字段当前值减1，返回新值。
        System.out.println(integerUpdater.decrementAndGet(demo));
        
        // 以原子方式将此更新器管理的给定对象的字段当前值减1，返回旧值。
        System.out.println(integerUpdater.getAndDecrement(demo));



        // 使用给定字段为对象创建和返回一个引用类型字段更新器。
        AtomicReferenceFieldUpdater<AtomicDemo,String> referenceUpdater = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(AtomicDemo.class, String.class, "str");

        // 如果当前值 == 预期值，则以原子方式将该值设置为给定的更新值，如果成功返回true。
        System.out.println(referenceUpdater.compareAndSet(demo,"the string","new string"));

    }
}

六、累加器

java8中增加的原子类，它们使用分段的思想，把不同的线程hash到不同的段上去更新，最后再把这些段的值相加得到最终的值，这些类主要有：

  • Striped64
    下面四个类的父类。
  • LongAccumulator
    long类型的聚合器，需要传入一个long类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。
  • LongAdder
    long类型的累加器，LongAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。
  • DoubleAccumulator
    double类型的聚合器，需要传入一个double类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。
  • DoubleAdder
    double类型的累加器，DoubleAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。

使用示例

public class AtomicDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 构造累加器
        LongAdder adder = new LongAdder();
        // 加上123
        adder.add​(123L);
        // 加1
        adder.increment();
        // 减1
        adder.decrement();
        // 求和
        adder.sum()();
        // 重置
        adder.reset();

        // 构造累加器，指定自定义二元运算函数和初始值
        LongAccumulator accumulator = new LongAccumulator((a,b)-> a + b, 0);
        // 增加给定值
        accumulator.accumulate​(5);
        // 返回当前值
        accumulator.get();
        // 重置累加器
        accumulator.reset();
    }
}
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
    沈念sama阅读 217,509评论 6赞 504
  • 死咒
    序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,806评论 3赞 394
  • 救了他两次的神仙让他今天三更去死
    文/潘晓璐 我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
    开封第一讲书人阅读 163,875评论 0赞 354
  • 道士缉凶录：失踪的卖姜人
    文/不坏的土叔 我叫张陵，是天一观的道长。 经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,441评论 1赞 293
  • 港岛之恋（遗憾婚礼）
    正文 为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
    茶点故事阅读 67,488评论 6赞 392
  • 恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
    文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着，像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上，一...
    开封第一讲书人阅读 51,365评论 1赞 302
  • 城市分裂传说
    那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。 笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播，决...
    沈念sama阅读 40,190评论 3赞 418
  • 双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
    文/苍兰香墨 我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
    开封第一讲书人阅读 39,062评论 0赞 276
  • 万荣杀人案实录
    序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
    沈念sama阅读 45,500评论 1赞 314
  • 护林员之死
    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,706评论 3赞 335
  • 白月光启示录
    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,834评论 1赞 347
  • 活死人
    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
    沈念sama阅读 35,559评论 5赞 345
  • 日本核电站爆炸内幕
    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,167评论 3赞 328
  • 男人毒药：我在死后第九天来索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,779评论 0赞 22
  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,912评论 1赞 269
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,958评论 2赞 370
  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,779评论 2赞 354