如何有效使用Java并發(fā)Atomic包的原子類型
背景
原子類型都位于java.util.concurrent.atomic包下，有如下類型（jdk8為例）：
使用示例
AtomicInteger是Java并發(fā)包中的一個(gè)原子類型，用于實(shí)現(xiàn)原子操作。原子操作是不可分割的操作，不會(huì)被其他線程中斷，因此可以保證線程安全。AtomicInteger提供了一些常見的原子操作方法，如增加、減少、獲取和設(shè)置等。這些方法都是原子的，可以在多線程環(huán)境下安全地進(jìn)行操作。使用AtomicInteger可以避免競態(tài)條件和數(shù)據(jù)不一致的問題。它適用于需要進(jìn)行計(jì)數(shù)、累加等操作的場景，可以替代使用synchronized關(guān)鍵字或volatile修飾符來實(shí)現(xiàn)線程安全。使用示例如下所示。
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class AtomicIntegerTest {
private static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) {
int numThreads = 10;
Thread[] threads = new Thread[numThreads];
// 創(chuàng)建并啟動(dòng)多個(gè)線程
for (int i = 0; i < numThreads; i++) {
threads[i] = new IncrementThread();
threads[i].start();
}
// 等待所有線程執(zhí)行完畢
for (int i = 0; i < numThreads; i++) {
try {
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 輸出最終的計(jì)數(shù)器值
System.out.println("Final counter value: " + counter.get());
}
static class IncrementThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.incrementAndGet();
}
}
}
}AtomicIntegerArray是Java并發(fā)包中的一個(gè)原子類型，用于實(shí)現(xiàn)原子操作的數(shù)組。它提供了一組原子操作方法，可以對(duì)數(shù)組的元素進(jìn)行原子操作，保證線程安全。與普通的數(shù)組不同，AtomicIntegerArray中的元素是原子類型int，而不是對(duì)象。這意味著對(duì)數(shù)組元素的操作可以保證原子性，避免了競態(tài)條件和數(shù)據(jù)不一致的問題。AtomicIntegerArray提供了一些常見的原子操作方法，如獲取、設(shè)置、增加、減少等。這些方法都是原子的，可以在多線程環(huán)境下安全地進(jìn)行操作。使用AtomicIntegerArray可以在多線程環(huán)境下安全地修改數(shù)組的元素，而無需使用synchronized關(guān)鍵字或volatile修飾符來實(shí)現(xiàn)線程安全。需要注意的是，AtomicIntegerArray是一個(gè)固定長度的數(shù)組，一旦創(chuàng)建后，其長度就不能改變。如果需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整數(shù)組的長度，可以考慮使用CopyOnWriteArrayList等其他并發(fā)容器。以下是一個(gè)簡單的多線程測試用例，用于演示如何使用AtomicIntegerArray進(jìn)行多線程操作：
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;
public class AtomicIntegerArrayTest {
private static final int THREAD_COUNT = 10;
private static final int ARRAY_SIZE = 1000;
private static AtomicIntegerArray array = new AtomicIntegerArray(ARRAY_SIZE);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];
// 創(chuàng)建并啟動(dòng)多個(gè)線程
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i] = new IncrementThread();
threads[i].start();
}
// 等待所有線程執(zhí)行完畢
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i].join();
}
// 打印數(shù)組中的元素
for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
System.out.println("array[" + i + "] = " + array.get(i));
}
}
static class IncrementThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
array.incrementAndGet(i);
}
}
}
}在上面的示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè)長度為1000的AtomicIntegerArray對(duì)象，并創(chuàng)建了10個(gè)線程，每個(gè)線程都會(huì)對(duì)數(shù)組中的每個(gè)元素進(jìn)行遞增操作。
通過incrementAndGet()方法，我們可以原子地對(duì)數(shù)組中的元素進(jìn)行遞增操作，而無需使用synchronized關(guān)鍵字或volatile修飾符。
最后，我們打印數(shù)組中的元素，可以看到每個(gè)元素的值都被正確地遞增了。這證明了AtomicIntegerArray的線程安全性。
AtomicIntegerFieldUpdater是Java并發(fā)包中的一個(gè)原子類型，用于原子地更新指定類的int類型字段。它提供了一種無鎖的方式來更新一個(gè)類的int字段，避免了使用synchronized關(guān)鍵字或volatile修飾符。通過AtomicIntegerFieldUpdater，我們可以在多線程環(huán)境中對(duì)字段進(jìn)行原子操作，而無需對(duì)整個(gè)對(duì)象進(jìn)行加鎖。使用AtomicIntegerFieldUpdater需要滿足以下條件：
- 字段必須是volatile修飾的或者是AtomicInteger類型的。
- 字段不能是static的。
- 字段必須是可訪問的（即不能是private或protected）。
下面是一個(gè)簡單的示例，演示如何使用AtomicIntegerFieldUpdater來原子地更新一個(gè)類的int字段：
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;
public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest {
private static class MyClass {
private volatile int value;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
AtomicIntegerFieldUpdater<MyClass> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(MyClass.class, "value");
MyClass myClass = new MyClass();
updater.set(myClass, 0);
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
updater.getAndIncrement(myClass);
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
updater.getAndDecrement(myClass);
}
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(updater.get(myClass)); // 輸出: 0
}
}在上面的示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè)MyClass類，其中包含一個(gè)volatile修飾的value字段。然后，我們使用AtomicIntegerFieldUpdater創(chuàng)建了一個(gè)updater對(duì)象，用于原子地更新MyClass類的value字段。
接下來，我們創(chuàng)建了兩個(gè)線程t1和t2，分別對(duì)value字段進(jìn)行1000次遞增和1000次遞減操作。最后，我們等待兩個(gè)線程執(zhí)行完畢，并輸出最終的value字段的值。
由于AtomicIntegerFieldUpdater提供了原子操作，所以最終輸出的value字段的值應(yīng)該是0。這是因?yàn)閠1線程對(duì)value字段進(jìn)行了1000次遞增操作，而t2線程對(duì)value字段進(jìn)行了1000次遞減操作，兩者相互抵消，所以最終值為0。
總結(jié)
AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicInteger都是Java并發(fā)包中的原子類，用于實(shí)現(xiàn)線程安全的操作。
主要的不同之處在于它們的使用場景和適用范圍：
- AtomicIntegerFieldUpdater是一個(gè)泛型類，它可以用于原子地更新某個(gè)類的字段，但是字段必須是volatile修飾的，且不能是private的。它適用于需要對(duì)一個(gè)類的字段進(jìn)行原子操作的場景。
- AtomicInteger是一個(gè)具體類，它封裝了一個(gè)整型的原子變量，可以直接對(duì)整型值進(jìn)行原子操作。它適用于需要對(duì)一個(gè)整型變量進(jìn)行原子操作的場景。
因此，AtomicIntegerFieldUpdater更加靈活，可以用于對(duì)任意類的字段進(jìn)行原子操作，但是需要滿足一定的條件。而AtomicInteger則更加簡單直接，適用于對(duì)整型變量進(jìn)行原子操作的場景。
另外，需要注意的是，由于AtomicIntegerFieldUpdater是通過反射來實(shí)現(xiàn)的，所以它的性能可能比AtomicInteger稍差一些。因此，在性能要求較高的場景下，可以優(yōu)先考慮使用AtomicInteger。
