7-Java中的12个原子操作

JDK 1.5之前通常使用synchronized来解决变量原子更新，JDK 1.5开始提供了java.util.concurrent.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。

因为变量的类型有多种，所以atomic包中提供了12个类，属于4中类型的原子更新方式。atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。

1.原子更新基本类型类

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，本文仅以AtomicInteger为例进行讲解。

常用方法：

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，这里返回的是自增之前的值。
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算可以读到旧的值。
int getAndSet(int newValue)：以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。

代码示例：

    static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ai.getAndIncrement());//1
        System.out.println(ai.get());//2
    }

2.原子更新数组

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。

以AtomicIntegerArray为例，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（更改索引i处的值，返回的是相加后的结果）。
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。

代码示例：

    static int[] value = new int[]{1, 2};
    static AtomicIntegerArray aia = new AtomicIntegerArray(value);
    public static void main(String[] args) {
        aia.getAndSet(0, 3);
        System.out.println(aia.get(0));//3
        System.out.println(value[0]);//1
    }

注意：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。

3.原子更新引用类型

如果要原子更新多个变量，就需要使用原子更新引用类型提供的类。

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AtomicReference为例，代码示例：

    static AtomicReference<User> ar = new AtomicReference<>();
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("Shinichi", 15);
        ar.set(user);
        User updateUser = new User("Shinichi", 17);
        ar.compareAndSet(user, updateUser);
        System.out.println(ar.get().getName());//Shinichi
        System.out.println(ar.get().getOld());//17
        System.out.println(user.getOld());//15
    }
    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 void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        public int getOld() {
            return old;
        }
        public void setOld(int old) {
            this.old = old;
        }
    }

4.原子更新属性（字段）类

如果需要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。

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。

使用静态方法newUpdater(Class<U> tclass, String fieldName)创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。
更新类的字段（属性）必须使用public volatile修饰符。

以AtomicIntegerFieldUpdater为例，示例代码：

    //创建原子更新器，并设置需要更新的对象类和对象的属性
    static AtomicIntegerFieldUpdater<User> aifu = 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);
        //柯南张了一岁，但是仍然会输出旧的年龄
        System.out.println(aifu.getAndIncrement(conan));//10
        //输出柯南现在的年龄
        System.out.println(aifu.get(conan));//11

        System.out.println(conan.getOld());//11
    }
    static class User {
        private String name;
        volatile int old;//这里修饰符不是public(同包的话package-private也不抛异常)或者不带volatile都会抛异常
        public User(String name, int old) {
            this.name = name;
            this.old = old;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        public int getOld() {
            return old;
        }
        public void setOld(int old) {
            this.old = old;
        }
    }