Atomic类位于java.util.concurrent.atomic包下，它们利用CAS（Compare-And-Swap）操作来保证线程安全性，而无需使用传统的锁机制。这些类提供了一种轻量级的同步机制，适用于多线程环境下对共享变量的高效更新。JDK中提供了12个原子操作类如图所示:
原子更新基本类型
使用原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下3个类。
- AtomicBoolean: 原子更新布尔类型。
- AtomicInteger: 原子更新整型。
- AtomicLong: 原子更新长整型。
以下是AtomicInteger的源码：
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
//用于获取value字段相对当前对象的“起始地址”的偏移量
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;
//返回当前值
public final int get() {
return value;
}
//递增加detla
public final int getAndAdd(int delta) {
//三个参数，1、当前的实例 2、value实例变量的偏移量 3、当前value要加上的数(value+delta)。
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
//递增加1
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
...
}
原子更新数组
通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic包提供了以下的3个类：
- AtomicIntegerArray: 原子更新整型数组里的元素。
- AtomicLongArray: 原子更新长整型数组里的元素。
- AtomicReferenceArray: 原子更新引用类型数组里的元素。
这三个类的最常用的方法是如下两个方法：get(int index)：获取索引为index的元素值。compareAndSet(int i,E expect,E update): 如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置为update值。
public class Demo5 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
AtomicIntegerArray array = new AtomicIntegerArray(new int[] { 0, 0 });
System.out.println(array);//[0, 0]
System.out.println(array.getAndAdd(1, 2));//0
System.out.println(array);//[0, 2]
}
}
原子更新引用类型
Atomic包提供了以下三个类：
- AtomicReference: 原子更新引用类型。
- AtomicStampedReference: 原子更新引用类型, 内部使用Pair来存储元素值及其版本号。
- AtomicMarkableReferce: 原子更新带有标记位的引用类型。
这三个类提供的方法都是首先构造一个引用对象，然后把引用对象set进Atomic类，然后调用compareAndSet等一些方法去进行原子操作，原理都是基于Unsafe实现，但AtomicReferenceFieldUpdater略有不同，更新的字段必须用volatile修饰。
用代码简单使用下AtomicReference类：
public class AtomicReferenceTest {
public static void main(String[] args){
// 创建两个Person对象，它们的id分别是101和102。
Person p1 = new Person(101);
Person p2 = new Person(102);
// 新建AtomicReference对象，初始化它的值为p1对象
AtomicReference ar = new AtomicReference(p1);
// 通过CAS设置ar。如果ar的值为p1的话，则将其设置为p2。
ar.compareAndSet(p1, p2);
Person p3 = (Person)ar.get();
System.out.println("p3 is "+p3);//102
System.out.println("p3.equals(p1)="+p3.equals(p1));
}
}
class Person {
volatile long id;
public Person(long id) {
this.id = id;
}
public String toString() {
return "id:"+id;
}
}
原子更新字段类
Atomic包提供了四个类进行原子字段更新：
- AtomicIntegerFieldUpdater: 原子更新整型的字段的更新器。
- AtomicLongFieldUpdater: 原子更新长整型字段的更新器。
- AtomicReferenceFieldUpdater: 原子更新引用类型的更新器。
这里的类都是基于反射的原子更新字段的值。要想原子地更新字段类需要两步:
- 因为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()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。
- 更新类的字段必须使用public volatile修饰。
以下是类使用示例：
public class TestAtomicIntegerFieldUpdater {
public static void main(String[] args){
TestAtomicIntegerFieldUpdater tIA = new TestAtomicIntegerFieldUpdater();
tIA.doIt();
}
public AtomicIntegerFieldUpdater<DataDemo> updater(String name){
return AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(DataDemo.class,name);
}
public void doIt(){
DataDemo data = new DataDemo();
System.out.println("publicVar = "+updater("publicVar").getAndAdd(data, 2));
}
class DataDemo{
public volatile int publicVar=3;
protected volatile int protectedVar=4;
private volatile int privateVar=5;
public volatile static int staticVar = 10;
//public final int finalVar = 11;
public volatile Integer integerVar = 19;
public volatile Long longVar = 18L;
}
对于AtomicIntegerFieldUpdater 的使用稍微有一些限制和约束，约束如下：
- 字段必须是volatile类型的，在线程之间共享变量时保证立即可见。
- 字段的描述类型(修饰符public/protected/default/private)是与调用者与操作对象字段的关系一致。也就是说调用者能够直接操作对象字段，那么就可以反射进行原子操作。但是对于父类的字段，子类是不能直接操作的，尽管子类可以访问父类的字段。
- 只能是实例变量，不能是类变量，也就是说不能加static关键字。
- 只能是可修改变量，不能使final变量，因为final的语义就是不可修改。实际上final的语义和volatile是有冲突的，这两个关键字不能同时存在。
- 对于AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicLongFieldUpdater只能修改int/long类型的字段，不能修改其包装类型(Integer/Long)。