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java中的Atomic类

java中的Atomic类

问题背景

在多线程环境中,我们最常遇到的问题就是变量的值进行同步。因为变量需要在多线程中进行共享,所以我们必须需要采用一定的同步机制来进行控制。

通过之前的文章,我们知道可以采用Lock的机制,当然也包括今天我们讲的Atomic类。

下面我们从两种方式来分别介绍。

Lock

在之前的文章中,我们也讲了同步的问题,我们再回顾一下。 如果定义了一个计数器如下:

public class Counter {

    int counter;

    public void increment() {
        counter++;
    }

}

如果是在单线程环境中,上面的代码没有任何问题。但是如果在多线程环境中,counter++将会得到不同的结果。

因为虽然counter++看起来是一个原子操作,但是它实际上包含了三个操作:读数据,加一,写回数据。

我们之前的文章也讲了,如何解决这个问题:

public class LockCounter {

    private volatile int counter;

    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }
}

通过加synchronized,保证同一时间只会有一个线程去读写counter变量。

通过volatile,保证所有的数据直接操作的主缓存,而不使用线程缓存。

这样虽然解决了问题,但是性能可能会受影响,因为synchronized会锁住整个LockCounter实例。

使用Atomic

通过引入低级别的原子化语义命令(比如compare-and-swap (CAS)),从而能在保证效率的同时保证原子性。

一个标准的CAS包含三个操作:

  1. 将要操作的内存地址M。
  2. 现有的变量A。
  3. 新的需要存储的变量B。

CAS将会先比较A和M中存储的值是否一致,一致则表示其他线程未对该变量进行修改,则将其替换为B。 否则不做任何操作。

使用CAS可以不用阻塞其他的线程,但是我们需要自己处理好当更新失败的情况下的业务逻辑处理情况。

Java提供了很多Atomic类,最常用的包括AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean, 和 AtomicReference.

其中的主要方法:

  1. get() – 直接中主内存中读取变量的值,类似于volatile变量。
  2. set() – 将变量写回主内存。类似于volatile变量。
  3. lazySet() – 延迟写回主内存。一种常用的情景是将引用重置为null的情况。
  4. compareAndSet() – 执行CAS操作,成功返回true,失败返回false。
  5. weakCompareAndSet() – 比较弱的CAS操作,不同的是它不执行happens-before操作,从而不保证能够读取到其他变量最新的值。

我们看下怎么用:

public class AtomicCounter {

    private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    public int getValue() {
        return counter.get();
    }
    public void increment() {
        while(true) {
            int existingValue = getValue();
            int newValue = existingValue + 1;
            if(counter.compareAndSet(existingValue, newValue)) {
                return;
            }
        }
    }
}

本文的例子可以参考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/atomic

更多教程请参考 flydean的博客

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