Java高并发编程：原子类
1. 并發(fā)編程概念
原子性
一個(gè)操作不能被再拆分了；即一個(gè)操作或者多個(gè)操作 要么全部執(zhí)行并且執(zhí)行的過程不會(huì)被任何因素打斷，要么就都不執(zhí)行。一個(gè)很經(jīng)典的例子就是銀行賬戶轉(zhuǎn)賬問題。
增量操作符++，不是原子的操作，它是先讀取舊值，然后寫回新值，包含2個(gè)操作
可見性
可見性是指當(dāng)多個(gè)線程訪問同一個(gè)變量時(shí)，一個(gè)線程修改了這個(gè)變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。
有序性
即程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。但是指令重排序會(huì)影響到線程并發(fā)執(zhí)行的正確性
總結(jié)
要想并發(fā)程序正確地執(zhí)行，必須要保證原子性、可見性以及有序性。只要有一個(gè)沒有被保證，就有可能會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行不正確。
并發(fā)，并行，串行
并行是邏輯上同時(shí)發(fā)生，指在某一個(gè)時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。
并發(fā)是物理上同時(shí)發(fā)生，指在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。
2. 原子類
java.util.concurrent.atomic包：原子類的小工具包，支持在單個(gè)變量上解除鎖的線程安全編程
2.1 如果同一個(gè)變量要被多個(gè)線程訪問，則可以使用該包中的類
- AtomicBoolean
- AtomicInteger
- AtomicLong
- AtomicReference
2.2 AtomicIntegerArray：操作數(shù)組里面的某個(gè)整數(shù)
2.3 同樣該包中提供了可以用于反射操作的類
- AtomicReferenceFieldUpdater
- AtomicIntegerFieldUpdater
- AtomicLongFieldUpdater
它們可以提供對(duì)關(guān)聯(lián)字段類型的訪問。
3. 原子性布爾 AtomicBoolean
AtomicBoolean 類為我們提供了一個(gè)可以用原子方式進(jìn)行讀和寫的布爾值，它還擁有一些先進(jìn)的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicBoolean 類位于 java.util.concurrent.atomic 包，完整類名是為 java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean。本小節(jié)描述的 AtomicBoolean 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。
AtomicBoolean 背后的設(shè)計(jì)理念在我的《Java 并發(fā)指南》主題的《比較和交換》小節(jié)有解釋。
創(chuàng)建一個(gè) AtomicBoolean
你可以這樣創(chuàng)建一個(gè) AtomicBoolean：
AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean();以上示例新建了一個(gè)默認(rèn)值為 false 的 AtomicBoolean。
如果你想要為 AtomicBoolean 實(shí)例設(shè)置一個(gè)顯式的初始值，那么你可以將初始值傳給 AtomicBoolean 的構(gòu)造子：
AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true);獲取 AtomicBoolean 的值
你可以通過使用 get() 方法來獲取一個(gè) AtomicBoolean 的值。示例如下：
AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); boolean value = atomicBoolean.get();以上代碼執(zhí)行后 value 變量的值將為 true。
設(shè)置 AtomicBoolean 的值
你可以通過使用 set() 方法來設(shè)置一個(gè) AtomicBoolean 的值。示例如下：
AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); atomicBoolean.set(false);以上代碼執(zhí)行后 AtomicBoolean 的值為 false。
交換 AtomicBoolean 的值
你可以通過 getAndSet() 方法來交換一個(gè) AtomicBoolean 實(shí)例的值。getAndSet() 方法將返回 AtomicBoolean 當(dāng)前的值，并將為 AtomicBoolean 設(shè)置一個(gè)新值。示例如下：
AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); boolean oldValue = atomicBoolean.getAndSet(false);以上代碼執(zhí)行后 oldValue 變量的值為 true，atomicBoolean 實(shí)例將持有 false 值。代碼成功將 AtomicBoolean 當(dāng)前值 ture 交換為 false。
比較并設(shè)置 AtomicBoolean 的值
compareAndSet() 方法允許你對(duì) AtomicBoolean 的當(dāng)前值與一個(gè)期望值進(jìn)行比較，如果當(dāng)前值等于期望值的話，將會(huì)對(duì) AtomicBoolean 設(shè)定一個(gè)新值。compareAndSet() 方法是原子性的，因此在同一時(shí)間之內(nèi)有單個(gè)線程執(zhí)行它。因此 compareAndSet() 方法可被用于一些類似于鎖的同步的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。
以下是一個(gè) compareAndSet() 示例：
AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); boolean expectedValue = true; boolean newValue = false; boolean wasNewValueSet = atomicBoolean.compareAndSet(expectedValue, newValue);本示例對(duì) AtomicBoolean 的當(dāng)前值與 true 值進(jìn)行比較，如果相等，將 AtomicBoolean 的值更新為 false。
4. 原子性整型 AtomicInteger
AtomicInteger 類為我們提供了一個(gè)可以進(jìn)行原子性讀和寫操作的 int 變量，它還包含一系列先進(jìn)的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicInteger 類位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整類名為 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger。本小節(jié)描述的 AtomicInteger 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。
AtomicInteger 背后的設(shè)計(jì)理念在我的《Java 并發(fā)指南》主題的《比較和交換》小節(jié)有解釋。
創(chuàng)建一個(gè) AtomicInteger
創(chuàng)建一個(gè) AtomicInteger 示例如下：
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();本示例將創(chuàng)建一個(gè)初始值為 0 的 AtomicInteger。
如果你想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)給定初始值的 AtomicInteger，你可以這樣：
本示例將 123 作為參數(shù)傳給 AtomicInteger 的構(gòu)造子，它將設(shè)置 AtomicInteger 實(shí)例的初始值為 123。
獲取 AtomicInteger 的值
你可以使用 get() 方法獲取 AtomicInteger 實(shí)例的值。示例如下：
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123); int theValue = atomicInteger.get();設(shè)置 AtomicInteger 的值
你可以通過 set() 方法對(duì) AtomicInteger 的值進(jìn)行重新設(shè)置。以下是 AtomicInteger.set() 示例：
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123); atomicInteger.set(234);以上示例創(chuàng)建了一個(gè)初始值為 123 的 AtomicInteger，而在第二行將其值更新為 234。
比較并設(shè)置 AtomicInteger 的值
AtomicInteger 類也通過了一個(gè)原子性的 compareAndSet() 方法。這一方法將 AtomicInteger 實(shí)例的當(dāng)前值與期望值進(jìn)行比較，如果二者相等，為 AtomicInteger 實(shí)例設(shè)置一個(gè)新值。AtomicInteger.compareAndSet() 代碼示例：
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123); int expectedValue = 123; int newValue = 234; atomicInteger.compareAndSet(expectedValue, newValue);本示例首先新建一個(gè)初始值為 123 的 AtomicInteger 實(shí)例。然后將 AtomicInteger 與期望值 123 進(jìn)行比較，如果相等，將 AtomicInteger 的值更新為 234。
增加 AtomicInteger 值
AtomicInteger 類包含有一些方法，通過它們你可以增加 AtomicInteger 的值，并獲取其值。這些方法如下：
- addAndGet()
- getAndAdd()
- getAndIncrement()
- incrementAndGet()
第一個(gè) addAndGet() 方法給 AtomicInteger 增加了一個(gè)值，然后返回增加后的值。getAndAdd() 方法為 AtomicInteger 增加了一個(gè)值，但返回的是增加以前的 AtomicInteger 的值。具體使用哪一個(gè)取決于你的應(yīng)用場(chǎng)景。以下是這兩種方法的示例：
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(); System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(10)); System.out.println(atomicInteger.addAndGet(10));本示例將打印出 0 和 20。例子中，第二行拿到的是加 10 之前的 AtomicInteger 的值。加 10 之前的值是 0。第三行將 AtomicInteger 的值再加 10，并返回加操作之后的值。該值現(xiàn)在是為 20。
你當(dāng)然也可以使用這倆方法為 AtomicInteger 添加負(fù)值。結(jié)果實(shí)際是一個(gè)減法操作。
getAndIncrement() 和 incrementAndGet() 方法類似于 getAndAdd() 和 addAndGet()，但每次只將 AtomicInteger 的值加 1。
減小 AtomicInteger 的值
AtomicInteger 類還提供了一些減小 AtomicInteger 的值的原子性方法。這些方法是：
- decrementAndGet()
- getAndDecrement()
decrementAndGet() 將 AtomicInteger 的值減一，并返回減一后的值。getAndDecrement() 也將 AtomicInteger 的值減一，但它返回的是減一之前的值。
5. 原子性長(zhǎng)整型 AtomicLong
AtomicLong 類為我們提供了一個(gè)可以進(jìn)行原子性讀和寫操作的 long 變量，它還包含一系列先進(jìn)的原子性操作，比如 compareAndSet()AtomicLong 類位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整類名為 java.util.concurrent.atomic.AtomicLong。本小節(jié)描述的 AtomicLong 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。
AtomicLong 背后的設(shè)計(jì)理念在我的《Java 并發(fā)指南》主題的《比較和交換》小節(jié)有解釋。
創(chuàng)建一個(gè) AtomicLong
創(chuàng)建一個(gè) AtomicLong 如下：
將創(chuàng)建一個(gè)初始值為 0 的 AtomicLong。
如果你想創(chuàng)建一個(gè)指定初始值的 AtomicLong，可以：
本示例將 123 作為參數(shù)傳遞給 AtomicLong 的構(gòu)造子，后者將 AtomicLong 實(shí)例的初始值設(shè)置為 123。
獲取 AtomicLong 的值
你可以通過 get() 方法獲取 AtomicLong 的值。AtomicLong.get() 示例：
設(shè)置 AtomicLong 的值
你可以通過 set() 方法設(shè)置 AtomicLong 實(shí)例的值。一個(gè) AtomicLong.set() 的示例：
本示例新建了一個(gè)初始值為 123 的 AtomicLong，第二行將其值設(shè)置為 234。
比較并設(shè)置 AtomicLong 的值
AtomicLong 類也有一個(gè)原子性的 compareAndSet() 方法。這一方法將 AtomicLong 實(shí)例的當(dāng)前值與一個(gè)期望值進(jìn)行比較，如果兩種相等，為 AtomicLong 實(shí)例設(shè)置一個(gè)新值。AtomicLong.compareAndSet() 使用示例：
AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123); long expectedValue = 123; long newValue = 234; atomicLong.compareAndSet(expectedValue, newValue);本示例新建了一個(gè)初始值為 123 的 AtomicLong。然后將 AtomicLong 的當(dāng)前值與期望值 123 進(jìn)行比較，如果相等的話，AtomicLong 的新值將變?yōu)?234。
增加 AtomicLong 值
AtomicLong 具備一些能夠增加 AtomicLong 的值并返回自身值的方法。這些方法如下：
- addAndGet()
- getAndAdd()
- getAndIncrement()
- incrementAndGet()
第一個(gè)方法 addAndGet() 將 AtomicLong 的值加一個(gè)數(shù)字，并返回增加后的值。第二個(gè)方法 getAndAdd() 也將 AtomicLong 的值加一個(gè)數(shù)字，但返回的是增加前的 AtomicLong 的值。具體使用哪一個(gè)取決于你自己的場(chǎng)景。示例如下：
AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(); System.out.println(atomicLong.getAndAdd(10)); System.out.println(atomicLong.addAndGet(10));本示例將打印出 0 和 20。例子中，第二行拿到的是加 10 之前的 AtomicLong 的值。加 10 之前的值是 0。第三行將 AtomicLong 的值再加 10，并返回加操作之后的值。該值現(xiàn)在是為 20。
你當(dāng)然也可以使用這倆方法為 AtomicLong 添加負(fù)值。結(jié)果實(shí)際是一個(gè)減法操作。
getAndIncrement() 和 incrementAndGet() 方法類似于 getAndAdd() 和 addAndGet()，但每次只將 AtomicLong 的值加 1。
減小 AtomicLong 的值
AtomicLong 類還提供了一些減小 AtomicLong 的值的原子性方法。這些方法是：
- decrementAndGet()
- getAndDecrement()
decrementAndGet() 將 AtomicLong 的值減一，并返回減一后的值。getAndDecrement() 也將 AtomicLong 的值減一，但它返回的是減一之前的值。
6. 原子性引用型 AtomicReference
AtomicReference 提供了一個(gè)可以被原子性讀和寫的對(duì)象引用變量。原子性的意思是多個(gè)想要改變同一個(gè) AtomicReference 的線程不會(huì)導(dǎo)致 AtomicReference 處于不一致的狀態(tài)。AtomicReference 還有一個(gè) compareAndSet() 方法，通過它你可以將當(dāng)前引用于一個(gè)期望值(引用)進(jìn)行比較，如果相等，在該 AtomicReference 對(duì)象內(nèi)部設(shè)置一個(gè)新的引用。
創(chuàng)建一個(gè) AtomicReference
創(chuàng)建 AtomicReference 如下：
AtomicReference atomicReference = new AtomicReference();如果你需要使用一個(gè)指定引用創(chuàng)建 AtomicReference，可以：
String initialReference = "the initially referenced string"; AtomicReference atomicReference = new AtomicReference(initialReference);創(chuàng)建泛型 AtomicReference
你可以使用 Java 泛型來創(chuàng)建一個(gè)泛型 AtomicReference。示例：
AtomicReference<String> atomicStringReference = new AtomicReference<String>();你也可以為泛型 AtomicReference 設(shè)置一個(gè)初始值。示例：
String initialReference = "the initially referenced string"; AtomicReference<String> atomicStringReference = new AtomicReference<String>(initialReference);獲取 AtomicReference 引用
你可以通過 AtomicReference 的 get() 方法來獲取保存在 AtomicReference 里的引用。如果你的 AtomicReference 是非泛型的，get() 方法將返回一個(gè) Object 類型的引用。如果是泛型化的，get() 將返回你創(chuàng)建 AtomicReference 時(shí)聲明的那個(gè)類型。
先來看一個(gè)非泛型的 AtomicReference get() 示例：
AtomicReference atomicReference = new AtomicReference("first value referenced"); String reference = (String) atomicReference.get();注意如何對(duì) get() 方法返回的引用強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 String。
泛型化的 AtomicReference 示例：
編譯器知道了引用的類型，所以我們無需再對(duì) get() 返回的引用進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換了。
設(shè)置 AtomicReference 引用
你可以使用 get() 方法對(duì) AtomicReference 里邊保存的引用進(jìn)行設(shè)置。如果你定義的是一個(gè)非泛型 AtomicReference，set() 將會(huì)以一個(gè) Object 引用作為參數(shù)。如果是泛型化的 AtomicReference，set() 方法將只接受你定義給的類型。
AtomicReference set() 示例：
AtomicReference atomicReference = new AtomicReference(); atomicReference.set("New object referenced");這個(gè)看起來非泛型和泛型化的沒啥區(qū)別。真正的區(qū)別在于編譯器將對(duì)你能夠設(shè)置給一個(gè)泛型化的 AtomicReference 參數(shù)類型進(jìn)行限制。
比較并設(shè)置 AtomicReference 引用
AtomicReference 類具備了一個(gè)很有用的方法：compareAndSet()。compareAndSet() 可以將保存在 AtomicReference 里的引用于一個(gè)期望引用進(jìn)行比較，如果兩個(gè)引用是一樣的(并非 equals() 的相等，而是 == 的一樣)，將會(huì)給AtomicReference 實(shí)例設(shè)置一個(gè)新的引用。
如果 compareAndSet() 為 AtomicReference 設(shè)置了一個(gè)新的引用，compareAndSet() 將返回 true。否則compareAndSet() 返回 false。
AtomicReference compareAndSet() 示例：
String initialReference = "initial value referenced"; AtomicReference<String> atomicStringReference = new AtomicReference<String>(initialReference); String newReference = "new value referenced"; boolean exchanged = atomicStringReference.compareAndSet(initialReference, newReference); System.out.println("exchanged: " + exchanged); exchanged = atomicStringReference.compareAndSet(initialReference, newReference); System.out.println("exchanged: " + exchanged);本示例創(chuàng)建了一個(gè)帶有一個(gè)初始引用的泛型化的 AtomicReference。之后兩次調(diào)用 comparesAndSet()來對(duì)存儲(chǔ)值和期望值進(jìn)行對(duì)比，如果二者一致，為 AtomicReference 設(shè)置一個(gè)新的引用。第一次比較，存儲(chǔ)的引用(initialReference)和期望的引用(initialReference)一致，所以一個(gè)新的引用(newReference)被設(shè)置給 AtomicReference，compareAndSet() 方法返回 true。第二次比較時(shí)，存儲(chǔ)的引用(newReference)和期望的引用(initialReference)不一致，因此新的引用沒有被設(shè)置給 AtomicReference，compareAndSet() 方法返回 false。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java高并发编程：原子类的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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