一、前言
java.util.concurrent 包里提供了一系列的原子性操作类，这些类都是使用CAS机制实现的，相当于使用锁实现原子性操作在性能上有了很大的提高。由于原子性操作类的原理都大致相同，所以本文主要讲解AtomicLong类的常用方法的分析。
二、原子变量操作类AtomicLong
AtomicLong是原子性递增或者递减类，其内部使用Unsafe来实现。
public class AtomicLong extends Number implements java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 1927816293512124184L; //(1).获取Unsafe类实例 private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); //(2).存放变量value的偏移量 private static final long valueOffset; //(3).native方法来判断JVM是否支持Long类型的无锁CAS static final boolean VM_SUPPORTS_LONG_CAS = VMSupportsCS8(); private static native boolean VMSupportsCS8(); static { try { //(4).获取value在AtomicLong中的偏移量 valueOffset = unsafe.objectFieldOffset (AtomicLong.class.getDeclaredField("value")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } } //(5).实际变量值 private volatile long value; public AtomicLong(long initialValue) { value = initialValue; }
由（1）处代码，获取Unsafe类对象的方法，是采用Unsafe.getUnsafe();获取到的，因为AtomicLong类同Unsafe类一样，是在rt.jar包下的，它也是是通过BootStrap类加载器进行加载的。可以在IDE中看下AutomicLong类的位置确认一下：
由（1）处代码，获取Unsafe类对象的方法，是采用Unsafe.getUnsafe();获取到的，因为AtomicLong类同Unsafe类一样，是在rt.jar包下的，它也是是通过BootStrap类加载器进行加载的。可以在IDE中看下AutomicLong类的位置确认一下：
科普一下，这里的类加载器涉及到JVM的知识。关于类加载器加载与所加载的类的对应关系见下图
代码（2）和（4）中获取value变量在AtomicLong类中的偏移量。
代码（5）中的value变量被声明为volatile，这是为了在多线程下保证内存可见性，value是具体存放计数的变量。
二、AtomicLong中的主要方法
1、递增和递减操作
//(6).调用unsafe的getAndAddLong方法，原子性设置value值为原始值+1，返回递增后的值 public final long incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L) + 1L; } //(7).调用unsafe的getAndAddLong方法，原子性设置value值为原始值-1，返回递减后的值 public final long decrementAndGet() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, -1L) - 1L; } //(8).调用unsafe的getAndAddLong方法，原子性设置value值为原始值+1，返回原始值 public final long getAndIncrement() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L); } //(9).调用unsafe的getAndAddLong方法，原子性设置value值为原始值-1，返回原始值 public final long getAndDecrement() { return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, -1L); }
上述代码内部都是通过调用Unsafe的getAndAddLong方法来实现操作，getAndAddLong方法是原子性操作，第一个参数是AtomicLong实例的引用，第二个参数为value在AtomicLong中的偏移量，第三个参数是要设置的第二个变量的值。
简单看一下getAndAddLong 方法的实现
public final long getAndAddLong(Object var1, long var2, long var4) { long var6; do { var6 = this.getLongVolatile(var1, var2); } while(!this.compareAndSwapLong(var1, var2, var6, var6 + var4)); return var6; }
其中的getLongVolatile和compareAndSwapLong方法都是native方法，交给底层语言去实现。
2、boolean compareAndSet(long expect, long update)方法
看一下另外一个比较常用的compareAndSet方法：
public final boolean compareAndSet(long expect, long update) { return unsafe.compareAndSwapLong(this, valueOffset, expect, update); }
同样也是调用了compareAndSwapLong方法。如果原子变量中的value值等于expect，则使用update值更新value值并返回true，否则返回false。
3、多线程使用AtomicLong统计0的个数
package AtomicLongLearn; import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong; /** * Created by Zhong Mingyi on 2020/11/12. */ public class AtomicLongTest { //(10)创建Long型原子计数器 private static AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(); //(11)数据源 private static Integer[] arr1 = new Integer[]{0,1,2,3,0,5,6,0,56,0}; private static Integer[] arr2 = new Integer[]{10,1,2,3,0,5,6,0,56,0}; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //(12)统计arr1中0的个数 Thread thread1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < arr1.length; i++) { if (arr1[i] == 0) { atomicLong.incrementAndGet(); } } }); //(13)统计arr2中0的个数 Thread thread2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < arr2.length; i++) { if (arr2[i] == 0) { atomicLong.incrementAndGet(); } } }); //(14)线程执行 thread1.start(); thread2.start(); //(15)等待线程执行完毕 thread1.join(); thread2.join(); System.out.println("两个数组中0的个数为："+atomicLong.get()); } }
如上代码中的两个线程各自统计自所持数据中0的个数，每当找到一个0就会调用AtomicLong的原子性递增方法。
如果没有原子操作类，多线程下实现计数器需要使用比如synchronized的同步措施，会对性能有一定损耗；但原子操作类都使用基于CAS的非阻塞算法，因此会获取较好的性能。
但是在高并发情况下，AtomicLong还是会存在性能问题，JDK8提供了一个在高并发下性能更好的原子类，我们下一期再来揭晓~
三、总结
本期学习了java.util.concurrent 包里提供的原子性操作类之一——AtomicLong，它其中的主要方法均使用非阻塞算法CAS实现，这比起使用锁实现原子性操作在性能上有了很大的提升；然后我们使用了AtomicLong类来实现多线程下统计0的个数的需求，并以此更好来理解AtomicLong类；但是在高并发的下，AtomicLong类仍然有一定的性能瓶颈，JDK8中有更好的类去弥补它在高并发下性能的不足。
