概覽

原子操作是指不會被線程調度機制打斷的操作，這種操作一旦開始，就一直運行到結束，中間不會有任何線程上下文切換。

原子操作可以是一個步驟，也可以是多個操作步驟，但是其順序不可以被打亂，也不可以被切割而只執行其中的一部分，將整個操作視作一個整體是原子性的核心特征。

在java中提供了很多原子類，筆者在此主要把這些原子類分成四大類。

原子更新基本類型或引用類型

如果是基本類型，則替換其值，如果是引用，則替換其引用地址，這些類主要有：

(1)AtomicBoolean

原子更新布爾類型，內部使用int類型的value存儲1和0表示true和false，底層也是對int類型的原子操作。

(2)AtomicInteger

原子更新int類型。

(3)AtomicLong

原子更新long類型。

(4)AtomicReference

原子更新引用類型，通過泛型指定要操作的類。

(5)AtomicMarkableReference

原子更新引用類型，內部使用Pair承載引用對象及是否被更新過的標記，避免了ABA問題。

(6)AtomicStampedReference

原子更新引用類型，內部使用Pair承載引用對象及更新的郵戳，避免了ABA問題。

這幾個類的操作基本類似，底層都是調用Unsafe的compareAndSwapXxx()來實現，基本用法如下：

private static void testAtomicReference() {

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);

atomicInteger.incrementAndGet();

atomicInteger.getAndIncrement();

atomicInteger.compareAndSet(3, 666);

System.out.println(atomicInteger.get());

AtomicStampedReference atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);

atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2, 1, 3);

atomicStampedReference.compareAndSet(2, 666, 3, 5);

System.out.println(atomicStampedReference.getReference());

System.out.println(atomicStampedReference.getStamp());

}

原子更新數組中的元素

原子更新數組中的元素，可以更新數組中指定索引位置的元素，這些類主要有：

(1)AtomicIntegerArray

原子更新int數組中的元素。

(2)AtomicLongArray

原子更新long數組中的元素。

(3)AtomicReferenceArray

原子更新Object數組中的元素。

這幾個類的操作基本類似，更新元素時都要指定在數組中的索引位置，基本用法如下：

private static void testAtomicReferenceArray() {

AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(10);

atomicIntegerArray.getAndIncrement(0);

atomicIntegerArray.getAndAdd(1, 666);

atomicIntegerArray.incrementAndGet(2);

atomicIntegerArray.addAndGet(3, 666);

atomicIntegerArray.compareAndSet(4, 0, 666);

System.out.println(atomicIntegerArray.get(0));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(1));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(2));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(3));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(4));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(5));

}

原子更新對象中的字段

原子更新對象中的字段，可以更新對象中指定字段名稱的字段，這些類主要有：

(1)AtomicIntegerFieldUpdater

原子更新對象中的int類型字段。

(2)AtomicLongFieldUpdater

原子更新對象中的long類型字段。

(3)AtomicReferenceFieldUpdater

原子更新對象中的引用類型字段。

這幾個類的操作基本類似，都需要傳入要更新的字段名稱，基本用法如下：

private static void testAtomicReferenceField() {

AtomicReferenceFieldUpdater updateName = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(User.class, String.class,"name");

AtomicIntegerFieldUpdater updateAge = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");

User user = new User("tong ge", 21);

updateName.compareAndSet(user, "tong ge", "read source code");

updateAge.compareAndSet(user, 21, 25);

updateAge.incrementAndGet(user);

System.out.println(user);

}

private static class User {

volatile String name;

volatile int age;

public User(String name, int age) {

this.name = name;

this.age = age;

}

@Override

public String toString() {

return "name: " + name + ", age: " + age;

}

}

高性能原子類

高性能原子類，是java8中增加的原子類，它們使用分段的思想，把不同的線程hash到不同的段上去更新，最后再把這些段的值相加得到最終的值，這些類主要有：

(1)Striped64

下面四個類的父類。

(2)LongAccumulator

long類型的聚合器，需要傳入一個long類型的二元操作，可以用來計算各種聚合操作，包括加乘等。

(3)LongAdder

long類型的累加器，LongAccumulator的特例，只能用來計算加法，且從0開始計算。

(4)DoubleAccumulator

double類型的聚合器，需要傳入一個double類型的二元操作，可以用來計算各種聚合操作，包括加乘等。

(5)DoubleAdder

double類型的累加器，DoubleAccumulator的特例，只能用來計算加法，且從0開始計算。

這幾個類的操作基本類似，其中DoubleAccumulator和DoubleAdder底層其實也是用long來實現的，基本用法如下：

private static void testNewAtomic() {

LongAdder longAdder = new LongAdder();

longAdder.increment();

longAdder.add(666);

System.out.println(longAdder.sum());

LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator((left, right)->left + right * 2, 666);

longAccumulator.accumulate(1);

longAccumulator.accumulate(3);

longAccumulator.accumulate(-4);

System.out.println(longAccumulator.get());

}

問題

關于原子類的問題，筆者整理了大概有以下這些：

(1)Unsafe是什么？

(3)Unsafe為什么是不安全的？

(4)Unsafe的實例怎么獲取？

(5)Unsafe的CAS操作？

(6)Unsafe的阻塞/喚醒操作？

(7)Unsafe實例化一個類？

(8)實例化類的六種方式？

(9)原子操作是什么？

(10)原子操作與數據庫ACID中A的關系？

(11)AtomicInteger怎么實現原子操作的？

(12)AtomicInteger主要解決了什么問題？

(13)AtomicInteger有哪些缺點？

(14)ABA是什么？

(15)ABA的危害？

(16)ABA的解決方法？

(17)AtomicStampedReference是怎么解決ABA的？

(18)實際工作中遇到過ABA問題嗎？

(19)CPU的緩存架構是怎樣的？

(20)CPU的緩存行是什么？

(21)內存屏障又是什么？

(22)偽共享是什么原因導致的？

(23)怎么避免偽共享？

(24)消除偽共享在java中的應用？

(25)LongAdder的實現方式？

(26)LongAdder是怎么消除偽共享的？

(27)LongAdder與AtomicLong的性能對比？

(28)LongAdder中的cells數組是無限擴容的嗎？

關于原子類的問題差不多就這么多，都能回答上來嗎？點擊下面的鏈接可以直接到相應的章節查看：

彩蛋

原子類系列源碼分析到此就結束了，雖然分析的類比較少，但是牽涉的內容非常多，特別是操作系統底層的知識，比如CPU指令、CPU緩存架構、內存屏障等。

下一章，我們將進入“同步系列”，同步最常見的就是各種鎖了，這里會著重分析java中的各種鎖、各種同步器以及分布式鎖相關的內容。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的java 原子类能做什么_死磕 java原子类之终结篇（面试题）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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