简介
当程序更新一个变量时，如果多线程同时更新这个变量，可能得到期望之外的值。 比如变量 i = 1，A 线程更新 i+1，B 线程也更新i+1，经过两个线程操作之后可能 i 不等于 3，而是等于 2 。 因为 A 和 B 线程在更新变量 i 的时候拿到的 i 都是 1，这就是 线程不安全的更新操作，通常我们会使用 synchronized 来解决这个问题，synchronized 会保证多线程不会同时更新变量 i。
而 Java 从 JDK 1.5 开始提供了 java.util.concurrent.atomic 包（以下简称Atomic包），这个包中的 原子操作类 提供了一种用法简单、性能高效、线程安全地更新一个变量的方式。
因为变量的类型有很多种，所以在 Atomic 包里一共提供了 12个 类，属于以下 4 种类型的原子更新方式：
- 原子更新基本类型。
- AtomicBoolean：原子更新布尔类型。
- AtomicInteger：原子更新整型。
- AtomicLong：原子更新长整型。
- 原子更新数组。
- AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。
- AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。
- AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。
- 原子更新引用。
- AtomicReference：原子更新对象引用。
- AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的对象引用。
- AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的对象引用。
- 原子更新属性（字段）。
- AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新volatile修饰的整型的字段的更新器。
- AtomicLongFieldUpdater：原子更新volatile修饰的长整型字段的更新器。
- AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新volatile修饰的引用类型里的字段的更新器。
- Atomic 包里的类基本都是使用 Unsafe 实现的包装类。
原子更新基本类型
- AtomicBoolean：原子更新布尔类型。
- AtomicInteger：原子更新整型。
- AtomicLong：原子更新长整型。
以上3个类提供的方法几乎一模一样，所以本节仅以 AtomicInteger 为例进行讲解。 AtomicInteger 的常用方法如下：
- int addAndGet(int delta)：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger 里的 value）相加，并返回结果。
- boolean compareAndSet(int expect，int update)：如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。
- int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值。
- void lazySet(int newValue)：最终会设置成 newValue，使用 lazySet设置值后，可导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。
- int getAndSet(int newValue)：以原子方式设置为 newValue 的值，并返回旧值。
示例代码：
public static void main(String[] args) { AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1); System.out.println("ai.get() = " + ai.get()); System.out.println("ai.addAndGet(5) = " + ai.addAndGet(5)); System.out.println("ai.get() = " + ai.get()); System.out.println("ai.compareAndSet(ai.get(), 10) = " + ai.compareAndSet(ai.get(), 10)); System.out.println("ai.get() = " + ai.get()); System.out.println("ai.getAndIncrement() = " + ai.getAndIncrement()); System.out.println("ai.get() = " + ai.get()); ai.lazySet(8); System.out.println("ai.lazySet(8)"); System.out.println("ai.get() = " + ai.get()); System.out.println("ai.getAndSet(5) = " + ai.getAndSet(5)); System.out.println("ai.get() = " + ai.get()); }
ai.get() = 1 ai.addAndGet(5) = 6 ai.get() = 6 ai.compareAndSet(ai.get(), 10) = true ai.get() = 10 ai.getAndIncrement() = 10 ai.get() = 11 ai.lazySet(8) ai.get() = 8 ai.getAndSet(5) = 8 ai.get() = 5
AtomicInteger 的 getAndIncrement()方法：
public final int getAndIncrement() { for (; ; ) { int current = get(); int next = current + 1; if (compareAndSet(current, next)) { return current; } } } public final boolean compareAndSet(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); }
- for 循环体的先取得 AtomicInteger 里存储的数值
- 对 AtomicInteger 的当前数值进行 +1 操作，
- 关键是调用 compareAndSet 方法来进行原子更新操作，该方法先检查 当前数值是否等于current ？
- 等于意味着 AtomicInteger 的值没有被其他线程修改过，则将 AtomicInteger 的当前数值更新成 next的值。
- 如果不等 compareAndSet 方法会返回 false，程序会进入 for 循环重新进行 compareAndSet 操作。
Atomic 包提供了 3 种基本类型的原子更新，但是 Java 的基本类型里还有 char、float 和 double 等。 那么问题来了，如何原子的更新其他的基本类型呢？ Atomic包里的类基本都是使用 Unsafe 实现的，让我们一起看一下Unsafe的源码：
/** * 如果当前数值是expected，则原子的将Java变量更新成x * * @return 如果更新成功则返回true */ public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object x); public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x); public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset, long expected, long x);
通过以上代码，我们发现 Unsafe 只提供了 3 种 CAS 方法：compareAndSwapObject、compareAndSwapInt 和 compareAndSwapLong，再看 AtomicBoolean 源码，发现它是先把 Boolean 转换成 整型，再使用 compareAndSwapInt 进行 CAS，所以原子更新 char、float 和 double 变量也可以用类似的思路来实现
原子更新数组
AtomicIntegerArray 类主要是提供原子的方式更新数组里的整型。
常用方法如下：
- int addAndGet(int i，int delta)：以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。
- boolean compareAndSet(int i，int expect，int update)：如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值。
public static void main(String[] args) { int[] value = new int[]{1, 2}; AtomicIntegerArray ai = new AtomicIntegerArray(value); System.out.println("ai.getAndSet(0, 3)"); ai.getAndSet(0, 3); System.out.println("ai.get(0) = " + ai.get(0)); System.out.println("value[0] = " + value[0]); ai.compareAndSet(1, 2, 5); System.out.println("ai.compareAndSet(1, 2, 5)"); System.out.println("ai.get(1) = " + ai.get(1)); }
ai.getAndSet(0, 3) ai.get(0) = 3 value[0] = 1 ai.compareAndSet(1,2,5) ai.get(1) = 5
需要注意的是，数组value通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份，所以当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行 修改 时，不会影响传入的数组。
原子更新引用
- AtomicReference：原子更新对象引用。
- AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的对象引用。
- AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的对象引用。该类将整数值与引用关联起来，可用于原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用 CAS 进行原子更新时可能出现的 ABA问题。
以上几个类提供的方法几乎一样，所以仅以AtomicReference为例进行介绍。
例子
public class AtomicReferenceTest { public static AtomicReference<User> atomicUserRef = new AtomicReference<User>(); public static void main(String[] args) { User user = new User("103style", 20); atomicUserRef.set(user); System.out.println("atomicUserRef.get() = " + atomicUserRef.get().toString()); User updateUser = new User("xiaoke", 22); atomicUserRef.compareAndSet(user, updateUser); System.out.println("atomicUserRef.compareAndSet(user, updateUser);"); System.out.println("atomicUserRef.get() = " + atomicUserRef.get().toString()); } static class User { private String name; private int age; public User(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public String getName() { return name; } public int getAge() { return age; } @Override public String toString() { return "name='" + name + ", age=" + age; } } }
atomicUserRef.get() = name='103style, age=20 atomicUserRef.compareAndSet(user, updateUser); atomicUserRef.get() = name='xiaoke, age=22
原子更新属性（字段）
- AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新volatile修饰的整型的字段的更新器。
- AtomicLongFieldUpdater：原子更新volatile修饰的长整型字段的更新器。
- AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新volatile修饰的引用类型里的字段的更新器。
要想原子地更新字段类需要两步：
- 因为原子更新字段类都是抽象类，每次使用的时候必须使用静态方法newUpdater()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。
- 更新类的字段（属性）必须使用public volatile修饰符。
以上3个类提供的方法几乎一样，所以仅以 AstomicIntegerFieldUpdater 为例进行讲解。
public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest { public static void main(String[] args) { // 创建原子更新器,并设置需要更新的对象类和对象的属性 AtomicIntegerFieldUpdater<User> a = AtomicIntegerFieldUpdater. newUpdater(User.class, "age"); // 设置柯南的年龄是10岁 User conan = new User("conan", 10); // 柯南长了一岁,但是仍然会输出旧的年龄 System.out.println(a.getAndIncrement(conan)); // 输出柯南现在的年龄 System.out.println(a.get(conan)); } public static class User { public volatile int age; private String name; public User(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public String getName() { return name; } public int getAge() { return age; } } }
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本章小结
本章介绍了JDK中并发包里的13个原子操作类以及原子操作类的实现原理，读者需要熟 悉这些类和使用场景，在适当的场合下使用它。
