??java.util.concurrent.atomic原子操作類包里面提供了一組原子變量類。其基本的特性就是在多線程環(huán)境下，當(dāng)有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行這些類的實(shí)例包含的方法時(shí)，具有排他性，即當(dāng)某個(gè)線程進(jìn)入方法，執(zhí)行其中的指令時(shí)，不會(huì)被其他線程打斷，而別的線程就像自旋鎖一樣，一直等到該方法執(zhí)行完成，才由JVM從等待隊(duì)列中選擇一個(gè)另一個(gè)線程進(jìn)入，這只是一種邏輯上的理解。實(shí)際上是借助硬件的相關(guān)指令來實(shí)現(xiàn)的，不會(huì)阻塞線程(或者說只是在硬件級(jí)別上阻塞了)。可以對(duì)基本數(shù)據(jù)、數(shù)組中的基本數(shù)據(jù)、對(duì)類中的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。原子變量類相當(dāng)于一種泛化的volatile變量，能夠支持原子的和有條件的讀-改-寫操作。

java.util.concurrent.atomic中的類可以分成4組：

標(biāo)量類：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
數(shù)組類：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
更新器類：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
復(fù)合變量類：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

一、標(biāo)量類：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
??AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference這四種基本類型用來處理布爾，整數(shù)，長整數(shù)，對(duì)象四種數(shù)據(jù)，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不是簡單的使用synchronized，而是一個(gè)更為高效的方式CAS (compare and swap) + volatile和native方法，從而避免了synchronized的高開銷，執(zhí)行效率大為提升。其實(shí)例各自提供對(duì)相應(yīng)類型單個(gè)變量的訪問和更新。每個(gè)類也為該類型提供適當(dāng)?shù)膶?shí)用工具方法。
以AtomicInteger的源碼為例來進(jìn)行學(xué)習(xí)：

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {// ……private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();private static final long valueOffset;//……private volatile int value;public AtomicInteger(int initialValue) {value = initialValue;}public AtomicInteger() {}public final int get() {return value;}public final void set(int newValue) {value = newValue;}public final void lazySet(int newValue) {unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);}public final int getAndSet(int newValue) {for (;;) {int current = get();if (compareAndSet(current, newValue))return current;}}public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);}public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) {return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);} }

1、set()和get()方法可以原子的設(shè)定和獲取atomic的數(shù)據(jù)，類似于volatile，保證數(shù)據(jù)會(huì)在主存中設(shè)置或讀取。
2、void set()和void lazySet()：set設(shè)置為給定值，直接修改原始值；lazySet延時(shí)設(shè)置變量值，這個(gè)等價(jià)于set()方法，但是由于字段是volatile類型的，因此次字段的修改會(huì)比普通字段（非volatile字段）有稍微的性能延時(shí)（盡管可以忽略），所以如果不是想立即讀取設(shè)置的新值，允許在“后臺(tái)”修改值，那么此方法就很有用。
3、getAndSet()方法
原子的將變量設(shè)定為新數(shù)據(jù)，同時(shí)返回先前的舊數(shù)據(jù)。其本質(zhì)是get()操作，然后做set()操作。盡管這2個(gè)操作都是atomic，但是他們合并在一起的時(shí)候，就不是atomic。在Java的源程序的級(jí)別上，如果不依賴synchronized的機(jī)制來完成這個(gè)工作，是不可能的。只有依靠native方法才可以。
4、compareAndSet()和weakCompareAndSet()
這兩個(gè)方法都是conditional modifier方法。這2個(gè)方法接受2個(gè)參數(shù)，一個(gè)是期望數(shù)據(jù)(expected)，一個(gè)是新數(shù)據(jù)(new)；如果atomic里面的數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)一 致，則將新數(shù)據(jù)設(shè)定給atomic的數(shù)據(jù)，返回true，表明成功；否則就不設(shè)定，并返回false。JDK規(guī)范中說：以原子方式讀取和有條件地寫入變量但不 創(chuàng)建任何 happen-before 排序，因此不提供與除 weakCompareAndSet 目標(biāo)外任何變量以前或后續(xù)讀取或?qū)懭氩僮饔嘘P(guān)的任何保證。大意就是說調(diào)用weakCompareAndSet時(shí)并不能保證不存在happen- before的發(fā)生（也就是可能存在指令重排序?qū)е麓瞬僮魇?#xff09;。但是從Java源碼來看，其實(shí)此方法并沒有實(shí)現(xiàn)JDK規(guī)范的要求，最后效果和 compareAndSet是等效的，都調(diào)用了unsafe.compareAndSwapInt()完成操作。

??雖然原子的標(biāo)量類擴(kuò)展了基本類型的類，但是并沒有擴(kuò)展基本類型的包裝類，如Integer或Long，事實(shí)上它們也不能直接擴(kuò)展。因?yàn)榛绢愋偷陌b類是不可以修改的，而原子變量類是可以修改的。在原子變量類中沒有重新定義hashCode或equals方法，每個(gè)實(shí)例都是不同的，他們也不宜用做基于散列容器中的鍵值。

二、數(shù)組類：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
??AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray類進(jìn)一步擴(kuò)展了原子操作，對(duì)這些類型的數(shù)組提供了支持。這些類在為其數(shù)組元素提供volatile訪問語義方面也引人注目，這對(duì)于普通數(shù)組來說是不受支持的。其內(nèi)部并不是像AtomicInteger一樣維持一個(gè)volatile變量，而是全部由native方法實(shí)現(xiàn)。數(shù)組變量進(jìn)行volatile沒有意義，因此set/get就需要unsafe來做了，但是多了一個(gè)index來指定操作數(shù)組中的哪一個(gè)元素。

三、更新器類：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
?AtomicReferenceFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicLongFieldUpdater 是基于反射的實(shí)用工具，可以提供對(duì)關(guān)聯(lián)字段類型的訪問，可用于獲取任意選定volatile字段上的compareAndSet操作。它們主要用于原子數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)中同一節(jié)點(diǎn)的幾個(gè) volatile 字段都獨(dú)立受原子更新控制。這些類在如何以及何時(shí)使用原子更新方面具有更大的靈活性，但相應(yīng)的弊端是基于映射的設(shè)置較為拙笨、使用不太方便，而且在保證方面也較差。
使用中要注意一下幾點(diǎn)：

（1）字段必須是volatile類型的
（2）字段的描述類型（修飾符public/protected/default/private）是與調(diào)用者與操作對(duì)象字段的關(guān)系一致。也就是說 調(diào)用者能夠直接操作對(duì)象字段，那么就可以反射進(jìn)行原子操作。但是對(duì)于父類的字段，子類是不能直接操作的，盡管子類可以訪問父類的字段。
（3）只能是實(shí)例變量，不能是類變量，也就是說不能加static關(guān)鍵字。
（4）只能是可修改變量，不能使final變量，因?yàn)閒inal的語義就是不可修改。實(shí)際上final的語義和volatile是有沖突的，這兩個(gè)關(guān)鍵字不能同時(shí)存在。
（5）對(duì)于AtomicIntegerFieldUpdater 和AtomicLongFieldUpdater 只能修改int/long類型的字段，不能修改其包裝類型（Integer/Long）。如果要修改包裝類型就需要使用AtomicReferenceFieldUpdater 。

??netty5.0中類ChannelOutboundBuffer統(tǒng)計(jì)發(fā)送的字節(jié)總數(shù)，由于使用volatile變量已經(jīng)不能滿足，所以使用AtomicIntegerFieldUpdater 來實(shí)現(xiàn)的，看下面代碼：

//定義 private static final AtomicLongFieldUpdater<ChannelOutboundBuffer> TOTAL_PENDING_SIZE_UPDATER =AtomicLongFieldUpdater.newUpdater(ChannelOutboundBuffer.class, "totalPendingSize");private volatile long totalPendingSize;//使用 long oldValue = totalPendingSize; long newWriteBufferSize = oldValue + size; while (!TOTAL_PENDING_SIZE_UPDATER.compareAndSet(this, oldValue, newWriteBufferSize)) {oldValue = totalPendingSize;newWriteBufferSize = oldValue + size; }

四、復(fù)合變量類：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference
??AtomicMarkableReference 類將單個(gè)布爾值與引用關(guān)聯(lián)起來。維護(hù)帶有標(biāo)記位的對(duì)象引用，可以原子方式更新帶有標(biāo)記位的引用類型。
??AtomicStampedReference 類將整數(shù)值與引用關(guān)聯(lián)起來。維護(hù)帶有整數(shù)“標(biāo)志”的對(duì)象引用，可以原子更新帶有版本號(hào)的引用類型。該類將整數(shù)值與引用關(guān)聯(lián)起來，可用于原子的更新數(shù)據(jù)和版本號(hào)，可以解決使用CAS進(jìn)行原子更新時(shí)，可能出現(xiàn)的ABA問題。

附錄：java并發(fā)編程中的CAS和ABA問題
??CAS(compare and swap)比較和替換是java5+提供的設(shè)計(jì)并發(fā)算法時(shí)用到的一種技術(shù)。是使用一個(gè)期望值和一個(gè)變量的當(dāng)前值進(jìn)行比較，如果當(dāng)前值和我們的期望值相等，就使用一個(gè)新值替換掉當(dāng)前值。
CAS適用場(chǎng)景：
我們來看下面一段代碼

class MyLock {private boolean locked = false;public boolean lock() {if(!locked) {locked = true;return true;}return false;} }

??熟悉多線程的同學(xué)可以很明顯的看出上面的代碼在多線程環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)問題。
??為了避免在多線程的環(huán)境中的錯(cuò)誤我們可以將locked的檢查和更改放在一個(gè)原子代碼塊中執(zhí)行，因?yàn)椴淮嬖诙嗑€程同時(shí)執(zhí)行原子代碼塊的問題。
我們可以做如下更改：

class MyLock {private boolean locked = false;public synchronized boolean lock() {if(!locked) {locked = true;return true;}return false;} }

以上方法使用了synchronized關(guān)鍵字，那么使用CAS可以如何操作呢？

public static classMyLock{private AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);public boolean lock(){return locked.compareAndSet(false,true);} }

??此時(shí)locked變量不再是boolean類型衛(wèi)視AtomicBoolean，使用了AtomicBoolean的compareAndSet()方法，用一個(gè)期望值和AtomicBoolean實(shí)例的值比較，若兩者相等，則使用一個(gè)新值替換原來的值。
??但是在使用CAS實(shí)現(xiàn)原子操作可能帶來ABA問題.
??我們知道CAS的原理是在比較操作值的時(shí)候，檢查值有沒有發(fā)生變化，如果沒有發(fā)生變化則更新，但是如果一個(gè)值原來是A，中間變成B，最后又變成A，那么使用CAS進(jìn)行檢查時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)值沒有發(fā)生變化，但是實(shí)際上是變化了的。
??這個(gè)時(shí)候該怎么辦呢？這個(gè)問題乍一看跟版本沖突的問題類似，所以，我們可以使用添加版本號(hào)的方法來解決。
??JDK1.5之后，Atomic包提供的類AtomicStampedReference就解決了這個(gè)問題。這個(gè)類的compareAndSet方法先檢查當(dāng)前引用是否等于預(yù)期引用，并且檢查當(dāng)前標(biāo)志是否等于預(yù)期標(biāo)志，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該標(biāo)志的值設(shè)置為給定的更新值。源碼如下：

public boolean weakCompareAndSet(V expectedReference,V newReference,int expectedStamp,int newStamp) {return compareAndSet(expectedReference, newReference,expectedStamp, newStamp); }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【JDK源码】java.util.concurrent.atomic包常用类详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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