Java中的13个原子操作类介绍

一、引言

在 JDK1.5 中新增 java.util.concurrent(J.U.C) 包，它建立在 CAS 之上。CAS 是非阻塞算法的一种常见实现，相对于 synchronized 这种阻塞算法，它的性能更好。

DK1.5 中引入了底层的支持，在 int、long 和对象的引用等类型上都公开了 CAS 的操作，并且 JVM 把它们编译为底层硬件提供的最有效的方法，在运行 CAS 的平台上，运行时把它们编译为相应的机器指令。在 java.util.concurrent.atomic 包下面的所有的原子变量类型中，比如 AtomicInteger，都使用了这些底层的JVM支持为数字类型的引用类型提供一种高效的 CAS 操作。

二、Java原子类介绍

​atomic 包中的 13 个类，属于 4 种类型的原子更新方式.

(1)原子更新基本类型

(2)原子更新数组

(3)原子更新引用

(4)原子更新属性

atomic 包里的类基本都是使用 Unsafe 实现的包装类.

1.原子更新基本类型

AtomicBoolean：原子更新布尔类型。

AtomicInteger：原子更新整型。

AtomicLong：原子更新长整型。

本类以 AtomicInteger 进行讲解:

AtomicInteger 是一个支持原子操作的 Integer 类，就是保证对 AtomicInteger 类型变量的增加和减少操作是原子性的，不会出现多个线程下的数据不一致问题。如果不使用 AtomicInteger，要实现一个按顺序获取的 ID，就必须在每次获取时进行加锁操作，以避免出现并发时获取到同样的 ID 的现象。

int addAndGet(int delta) 以原子方式将输入的数值与实例中的值相加，并返回结果；

boolean compareAndSet(int expect, int update) 如果输入的数值等于预期值，则以原子的方式将该值设置为输入的值；

int getAndIncrement() 以原子方式将当前值加 1，注意，这里返回的是自增前的值；

void lazySet(int newValue) 最终会设置成 newValue，使用 lazySet 设置值后，可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到 旧值；

int getAndSet(int newValue) 以原子方式设置为 newValue 的值，并返回旧值。

那么getAndIncrement 是如何实现原子操作的呢？

我们可以看到，它的实现原理是死循环 + CAS。

2.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 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。

AtomicIntegerArray 类提供方法如下：

int addAndGet(int i, int delta) 以原子方式将输入值与数组中的索引 i 的元素相加

boolean compareAndSet(int i, int expect, int update) 如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置 i 的元素设置成 update 值.

3.原子更新引用类型

原子更新基本类型的 AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic 包提供了以下 3 个类。

AtomicReference：原子更新引用类型。

AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。

AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。

4.原子更新属性

如果需原子地更新某个类里的某个字段时，就需要使用原子更新字段类，Atomic 包提供了以下 3 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。

AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用 CAS 进行原子更新时可能出现的 ABA 问题。