如何有效使用Java并發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并發包中的一個原子類型，用于實現原子操作。原子操作是不可分割的操作，不會被其他線程中斷，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、獲取和設置等。這些方法都是原子的，可以在多線程環境下安全地進行操作。使用AtomicInteger可以避免競態條件和數據不一致的問題。它適用于需要進行計數、累加等操作的場景，可以替代使用synchronized關鍵字或volatile修飾符來實現線程安全。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];
// 創建并啟動多個線程
for (int i = 0; i < numThreads; i++) {
threads[i] = new IncrementThread();
threads[i].start();
}
// 等待所有線程執行完畢
for (int i = 0; i < numThreads; i++) {
try {
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 輸出最終的計數器值
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并發包中的一個原子類型，用于實現原子操作的數組。它提供了一組原子操作方法，可以對數組的元素進行原子操作，保證線程安全。與普通的數組不同，AtomicIntegerArray中的元素是原子類型int，而不是對象。這意味著對數組元素的操作可以保證原子性，避免了競態條件和數據不一致的問題。AtomicIntegerArray提供了一些常見的原子操作方法，如獲取、設置、增加、減少等。這些方法都是原子的，可以在多線程環境下安全地進行操作。使用AtomicIntegerArray可以在多線程環境下安全地修改數組的元素，而無需使用synchronized關鍵字或volatile修飾符來實現線程安全。需要注意的是，AtomicIntegerArray是一個固定長度的數組，一旦創建后，其長度就不能改變。如果需要動態調整數組的長度，可以考慮使用CopyOnWriteArrayList等其他并發容器。以下是一個簡單的多線程測試用例，用于演示如何使用AtomicIntegerArray進行多線程操作：
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];
// 創建并啟動多個線程
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i] = new IncrementThread();
threads[i].start();
}
// 等待所有線程執行完畢
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i].join();
}
// 打印數組中的元素
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，我們創建了一個長度為1000的AtomicIntegerArray對象，并創建了10個線程，每個線程都會對數組中的每個元素進行遞增操作。
通過incrementAndGet()方法，我們可以原子地對數組中的元素進行遞增操作，而無需使用synchronized關鍵字或volatile修飾符。
最后，我們打印數組中的元素，可以看到每個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并發包中的一個原子類型，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類的int字段，避免了使用synchronized關鍵字或volatile修飾符。通過AtomicIntegerFieldUpdater，我們可以在多線程環境中對字段進行原子操作，而無需對整個對象進行加鎖。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）。
下面是一個簡單的示例，演示如何使用AtomicIntegerFieldUpdater來原子地更新一個類的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，我們創建了一個MyClass類，其中包含一個volatile修飾的value字段。然后，我們使用AtomicIntegerFieldUpdater創建了一個updater對象，用于原子地更新MyClass類的value字段。
接下來，我們創建了兩個線程t1和t2，分別對value字段進行1000次遞增和1000次遞減操作。最后，我們等待兩個線程執行完畢，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字段的值應該是0。這是因為t1線程對value字段進行了1000次遞增操作，而t2線程對value字段進行了1000次遞減操作，兩者相互抵消，所以最終值為0。
總結
AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicInteger都是Java并發包中的原子類，用于實現線程安全的操作。
主要的不同之處在于它們的使用場景和適用范圍：
- AtomicIntegerFieldUpdater是一個泛型類，它可以用于原子地更新某個類的字段，但是字段必須是volatile修飾的，且不能是private的。它適用于需要對一個類的字段進行原子操作的場景。
- AtomicInteger是一個具體類，它封裝了一個整型的原子變量，可以直接對整型值進行原子操作。它適用于需要對一個整型變量進行原子操作的場景。
因此，AtomicIntegerFieldUpdater更加靈活，可以用于對任意類的字段進行原子操作，但是需要滿足一定的條件。而AtomicInteger則更加簡單直接，適用于對整型變量進行原子操作的場景。
另外，需要注意的是，由于AtomicIntegerFieldUpdater是通過反射來實現的，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，可以優先考慮使用AtomicInteger。
