转载: 《ava并发编程的艺术》第7章java
当程序更新一个变量时,若是多线程同时更新这个变量,可能获得指望以外的值,好比变量i=1,A线程更新i+1,B线程也更新i+1,通过两个线程操做以后可能i不等于3,而是等于2。由于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做,一般咱们会使用synchronized来解决这个问题,synchronized会保证多线程不会同时更新变量i。编程
而Java从JDK 1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包(如下简称Atomic包),这个包中的原子操做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。数组
由于变量的类型有不少种,因此在Atomic包里也提供了不少类,大体能够属于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。安全
使用原子的方式更新基本类型,Atomic包提供了如下3个类。多线程
以上3个类提供的方法几乎如出一辙,因此本节仅以AtomicInteger为例进行讲解,AtomicInteger的经常使用方法以下:并发
AtomicInteger示例:性能
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(); System.out.println(atomicInteger.getAndIncrement());
那么getAndIncrement是如何实现原子操做的呢?让咱们一块儿分析其实现原理,getAndIncrement的源码以下:this
public final int getAndIncrement() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); } 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; }
首先咱们看getAndIncrement
方法,它只是对unsafe类的简单包装,具体逻辑都在unsafe里。再看getAndAddInt
方法,该方法首先经过this.getIntVolatile(var1, var2);
获取var1指向的内存地址里var2的值,这里也就是获取旧的值;而后经过CAS的方式更新值为var5+var4,更新失败进入自循。atom
Atomic包提供了3种基本类型的原子更新,可是Java的基本类型里还有char、float和double等。那么问题来了,如何原子的更新其余的基本类型呢?Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的,让咱们一块儿看一下Unsafe的源码。线程
/** * 若是当前数值是expected,则原子的将Java变量更新成x * @return 若是更新成功则返回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 );
经过代码,咱们发现Unsafe只提供了3种CAS方法:compareAndSwapObject、compareAndSwapInt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,因此原子更新char、float和double变量也能够用相似
的思路来实现。
// AtomicBoolean public final boolean compareAndSet(boolean expect, boolean update) { int e = expect ? 1 : 0; int u = update ? 1 : 0; return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, e, u); } // AtomicDouble public final boolean compareAndSet(double expect, double update) { return updater.compareAndSet(this,Double.doubleToRawLongBits(expect),Double.doubleToRawLongBits(update)); }
经过原子的方式更新数组里的某个元素,Atomic包提供了一下4个类:
上述几个类提供的方法几乎同样,咱们以AtomicIntegerArray类为例讲解,其经常使用方法以下:
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]); }
输出接结果:
3 1
须要注意的是,数组value经过构造方法传递进去,而后AtomicIntergerArray会将当前数组复制一份,因此当AtomicIntergerArray对内部的数组元素进行修改时,不会影响传入的数组。
构造方法:
/** * Creates a new AtomicIntegerArray with the same length as, and * all elements copied from, the given array. * * @param array the array to copy elements from * @throws NullPointerException if array is null */ public AtomicIntegerArray(int[] array) { // Visibility guaranteed by final field guarantees this.array = array.clone(); }
原子更新基本类型的AtomicInterger,只能更新一个变量,若是要原子更新多个变量,就须要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic包提供了如下3个类:
以上几个类提供的方法几乎同样,因此此处咱们仅以AtomicReference为例进行讲解,AtomicReference的使用示例代码以下:
public static AtomicReference<User> atomicUserRef = new AtomicReference<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; } }
// 运行结果 Shinichi 17
其实现原理是依靠了unsafe.compareAndSwapObject
方法。
public final boolean compareAndSet(V expect, V update) { return unsafe.compareAndSwapObject(this, valueOffset, expect, update); }
若是需原子地更新某个类里的某个字段时,就须要使用原子更新字段类,Atomic包提供了如下3个类进行原子字段更新。
要想原子地更新字段类须要两步。第一步,由于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()建立一个更新器,而且须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同样,此处仅以AstomicIntegerFieldUpdater为例进行讲解,AstomicIntegerFieldUpdater的示例代码以下:
// 建立原子更新器,并设置须要更新的对象类和对象的属性 private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> 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,可是仍然会输出旧的年龄 System.out.println(a.getAndIncrement(conan)); // 输出柯南如今的年龄 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; } }
运行结果以下:
10 11