【JUC基础】10. Atomic原子类

2023-05-25 83

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简介： Atomic英译为原子的。原子结构通常称为不可分割的最小单位。而在JUC中，java.util.concurrent.atomic 包是 Java 并发库中的一个包，提供了原子操作的支持。它包含了一些原子类，用于在多线程环境下进行线程安全的原子操作。使用原子类可以避免使用锁和同步机制，从而减少了线程竞争和死锁的风险，并提高了多线程程序的性能和可伸缩性。

1、什么是Atomic

Atomic英译为原子的。原子结构通常称为不可分割的最小单位。而在JUC中，java.util.concurrent.atomic 包是 Java 并发库中的一个包，提供了原子操作的支持。它包含了一些原子类，用于在多线程环境下进行线程安全的原子操作。使用原子类可以避免使用锁和同步机制，从而减少了线程竞争和死锁的风险，并提高了多线程程序的性能和可伸缩性。

2、为什么要使用Atomic

这里是JUC专栏，肯定是跟多线程有关系的。我们实现这样一个场景：2个线程对某个数值+1操作，每个线程累加10000次。

2.1、传统模式

packageatomic;
importjava.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/*** @author Shamee loop* @date 2023/5/22*/publicclassAtomicTest {
privatestaticintcounter=0;
publicstaticvoidmain(String[] args) {
// 多个线程并发地增加计数器的值Threadthread1=newThread(() -> {
for (inti=0; i<10000; i++) {
counter++;
            }
        });
Threadthread2=newThread(() -> {
for (inti=0; i<10000; i++) {
counter++;
            }
        });
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Counter value: "+counter);
    }
}

执行结果：

不管运行多少次，每次的结果都不一样，而且最终的值大概率都不会是20000。而20000才是我们期望的输出。

2.2、原子模式

packageatomic;
importjava.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/*** @author Shamee loop* @date 2023/5/22*/publicclassAtomicTest {
// 原子性intprivatestaticAtomicIntegercounter=newAtomicInteger(0);
publicstaticvoidmain(String[] args) {
// 多个线程并发地增加计数器的值Threadthread1=newThread(() -> {
for (inti=0; i<10000; i++) {
// 等同于++操作counter.incrementAndGet();
            }
        });
Threadthread2=newThread(() -> {
for (inti=0; i<10000; i++) {
counter.incrementAndGet();
            }
        });
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println("Counter value: "+counter.get());
    }
}

运行结果：

不管运行多少次，结果都是20000。可以看出代码中不需要加任何锁，Atomic在多线程场合天然的具备线程安全。

3、原子类

java.util.concurrent.atomic包下常用的原子类分为：

3.1、原子基本类型

AtomicInteger：整形原子类
AtomicLong：长整型原子类
AtomicBoolean ：布尔型原子类

3.2、原子引用类型

AtomicReference：引用类型原子类

3.3、原子数组类

AtomicIntegerArray：整形数组原子类
AtomicLongArray：长整形数组原子类
AtomicReferenceArray ：引用类型数组原子类

......

4、原子类是绝对线程安全吗？

首先，什么是线程安全问题？

在多线程编程中，线程安全是指多个线程同时访问一个共享资源时，不会产生不正确的结果或破坏数据结构的属性。

其实Atomic的原子性是指属性的存取（get/set）方法是线程安全，他的线程安全保证并不是简单的使用synchronized或lock锁。而是使用了乐观锁CAS（Compare And Swap，比较并交换）+volatile。关于CAS，可以参考《简单理解CAS》。正如CAS锁的ABA问题，它并不能保证对象是线程安全的。

因此Atomic并不是绝对的线程安全。

在多线程编程中，"atomic"操作通常被认为是一种细粒度的同步机制，用于保护共享数据的访问和修改。它们通常比其他同步机制（如锁）的开销更小，并且可以提供一定程度的线程安全性。

"atomic"操作的行为因编程语言和上下文而异，以下是一些常见情况和注意事项：

原子读取（Atomic Reads）："atomic"操作可以确保从共享变量中读取的值是最新的。这意味着一个线程在读取共享变量时，不会看到另一个线程修改变量后的旧值。
原子写入（Atomic Writes）："atomic"操作可以确保将值写入共享变量时的原子性。这意味着一个线程在写入共享变量时，不会被其他线程的读取或写入操作中断或干扰。
原子递增和递减（Atomic Increment/Decrement）：某些编程语言提供原子递增和递减操作，以确保对共享计数器的操作是线程安全的。这些操作会在执行过程中阻止其他线程的干扰。

尽管"atomic"操作提供了一定的线程安全性，但在处理复杂的并发场景时，仍然需要考虑其他因素，如数据竞争、同步机制的选择和使用正确的内存模型等。此外，"atomic"操作并不能解决所有的线程安全问题，如死锁、竞争条件等。

因此，如果在特定的编程语言或框架中使用"atomic"操作，建议查阅相关文档和规范，以了解其具体行为和适用范围。同时，仍然需要谨慎设计和编写多线程代码，以确保整个程序的线程安全性。

文章标签：

Java

安全