【JUC】原子操作类

news2024/12/23 13:15:33

【JUC】原子操作类

文章目录

  • 【JUC】原子操作类
    • 1. 原子操作类
      • 1.1 基本类型原子类
      • 1.2 数组类型原子类
      • 1.3 引用类型原子类
        • 1.3.1 AtomicReference
        • 1.3.2 AtomicStampedReference
        • 1.3.3 AtomicMarkableReference
      • 1.4 对象的属性修改原子类

1. 原子操作类

原子操作类如下所示：

  1. AtomicBoolean
  2. AtomicInteger
  3. AtomicIntegerArray
  4. AtomicIntegerFieldUpdater
  5. AtomicLong
  6. AtomicLongArray
  7. AtomicLongFieldUpdater
  8. AtomicMarkableReference
  9. AtomicReference
  10. AtomicReferenceArray
  11. AtomicReferenceFieldUpdater
  12. AtomicStampedReference
  13. DoubleAccumulator
  14. DoubleAdder
  15. LongAccumulator
  16. LongAdder

根据每个类的特点可以将其分成几种不同的类型：

1.1 基本类型原子类

基本类型原子类包含以下三类：

  1. AtomicInteger
  2. AtomicBoolean
  3. AtomicLong

以 AtomicInteger 为例，其常用API如下(其他类也差不多):

  • public final int get() //获取当前的值
  • public final int getAndSet(int newValue)//获取当前的值，并设置新的值
  • public final int getAndIncrement()//获取当前的值，并自增
  • public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减
  • public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值
  • 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值(update)

以 AtomicInteger 演示 i++：

class MyNumber {
    AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

    public void addPlusPlus() {
        atomicInteger.getAndIncrement();
    }
}

public class AtomicIntegerDemo {
    public static final int SIZE = 50;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyNumber myNumber = new MyNumber();
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(SIZE);

        for (int i = 1; i <= SIZE; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 1000; j++) {
                        myNumber.addPlusPlus();
                    }
                } finally {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
        
        //等待上面50个线程全部计算完成后，再去获得最终值
        countDownLatch.await();

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "result: " + myNumber.atomicInteger.get());
    }
}

运行结果如下：

image-20230422173820024

1.2 数组类型原子类

数组类型原子类包含以下三类：

  1. AtomicIntegerArray
  2. AtomicLongArray
  3. AtomicReferenceArray

以 AtomicIntegerArray 演示基本用法：

public class AtomicIntegerArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(new int[5]);
        //AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(5);
        //AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(new int[]{1,2,3,4,5});

        for (int i = 0; i < atomicIntegerArray.length(); i++) {
            System.out.println(atomicIntegerArray.get(i));
        }

        System.out.println();

        int tmpInt = 0;

        tmpInt = atomicIntegerArray.getAndSet(0, 1122);
        System.out.println(tmpInt + "\t" + atomicIntegerArray.get(0));

        tmpInt = atomicIntegerArray.getAndIncrement(0);
        System.out.println(tmpInt + "\t" + atomicIntegerArray.get(0));
    }
}

运行结果如下所示：

image-20230422174509323

1.3 引用类型原子类

引用类型原子类包括以下三类：

  1. AtomicReference
  2. AtomicStampedReference
    • 携带版本号的引用类型原子类，可以解决 ABA问题
    • 解决修改过几次
    • 状态戳原子引用
  3. AtomicMarkableReference
    • 原子更新带有标记位的引用类型对象
    • 解决是否修改过(将状态戳简化为true/false)
    • 状态戳(true/false)原子引用

1.3.1 AtomicReference

AtomicReference 使用实例：

class User {
    String userName;
    int age;
}

/**
 * @auther zzyy
 * @create 2022-02-24 14:50
 */
public class AtomicReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicReference<User> atomicReference = new AtomicReference<>();

        User z3 = new User("z3", 22);
        User li4 = new User("li4", 28);

        atomicReference.set(z3);

        System.out.println(atomicReference.compareAndSet(z3, li4) + "\t" + atomicReference.get().toString());
        System.out.println(atomicReference.compareAndSet(z3, li4) + "\t" + atomicReference.get().toString());


    }
}

运行结果如下：

image-20230422211147704

使用 AtomicReference 实现一个自旋锁：

public class SpinLockDemo {
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    public void lock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "----come in");
        while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {

        }
    }

    public void unLock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicReference.compareAndSet(thread, null);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "----task over,unLock...");
    }

    public static void main(String[] args) {
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();

        new Thread(() -> {
            spinLockDemo.lock();
            //暂停几秒钟线程
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            spinLockDemo.unLock();
        }, "A").start();

        //暂停500毫秒,线程A先于B启动
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            spinLockDemo.lock();

            spinLockDemo.unLock();
        }, "B").start();


    }
}

1.3.2 AtomicStampedReference

携带版本号的引用类型原子类，可以解决 ABA问题 。可以记录修改过几次变量。

示例如下：

public class ABADemo {
    static AtomicStampedReference<Integer> stampedReference = new AtomicStampedReference<>(100, 1);

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            int stamp = stampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "首次版本号：" + stamp);

            //暂停500毫秒,保证后面的t4线程初始化拿到的版本号和我一样
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            stampedReference.compareAndSet(100, 101, stampedReference.getStamp(), stampedReference.getStamp() + 1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "2次流水号：" + stampedReference.getStamp());

            stampedReference.compareAndSet(101, 100, stampedReference.getStamp(), stampedReference.getStamp() + 1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "3次流水号：" + stampedReference.getStamp());

        }, "t3").start();

        new Thread(() -> {
            int stamp = stampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "首次版本号：" + stamp);

            //暂停1秒钟线程,等待上面的t3线程，发生了ABA问题
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            boolean b = stampedReference.compareAndSet(100, 2022, stamp, stamp + 1);

            System.out.println(b + "\t" + stampedReference.getReference() + "\t" + stampedReference.getStamp());

        }, "t4").start();

    }
}

运行结果如下：

image-20230422211701736

1.3.3 AtomicMarkableReference

原子更新带有标记位的引用类型对象，它的定义就算将状态戳简化为 true/false 。

示例代码：

public class AtomicMarkableReferenceDemo {
    static AtomicMarkableReference markableReference = new AtomicMarkableReference(100, false);

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            boolean marked = markableReference.isMarked();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "默认标识：" + marked);
            //暂停1秒钟线程,等待后面的T2线程和我拿到一样的模式flag标识，都是false
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            markableReference.compareAndSet(100, 1000, marked, !marked);
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            boolean marked = markableReference.isMarked();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "默认标识：" + marked);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            boolean b = markableReference.compareAndSet(100, 2000, marked, !marked);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "t2线程CASresult： " + b);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + markableReference.isMarked());
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + markableReference.getReference());
        }, "t2").start();
    }
}

运行结果：

image-20230422211918106

1.4 对象的属性修改原子类

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