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java线程:Atomic的含义及示例

简介:
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Atomic概念

        计算机中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思。如果一段代码被认为是Atomic,则表示这段代码在执行过程中,是不能被中断的。通常来说,原子指令由硬件提供,供软件来实现原子方法(某个线程进入该方法后,就不会被中断,直到其执行完成)

         在x86 平台上,CPU提供了在指令执行期间对总线加锁的手段。CPU芯片上有一条引线#HLOCK pin,如果汇编语言的程序中在一条指令前面加上前缀"LOCK",经过汇编以后的机器代码就使CPU在执行这条指令的时候把#HLOCK pin的电位拉低,持续到这条指令结束时放开,从而把总线锁住,这样同一总线上别的CPU就暂时不能通过总线访问内存了,保证了这条指令在多处理器环境中的原子性

JDk中的java.util.concurrent.atomic

            基本的特性就是在多线程环境下,当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时,具有排他性,即当某个线程进入方法,执行其中的指令时,不会被其他线程打断,而别的线程就像自旋锁一样,一直等到该方法执行完成,才由JVM从等待队列中选择一个另一个线程进入,这只是一种逻辑上的理解实际上是借助硬件的相关指令来实现的,不会阻塞线程(或者说只是在硬件级别上阻塞了)。

        其中的类可以分成4组

    • AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference

    • AtomicIntegerArray,AtomicLongArray

    • AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicReferenceFieldUpdater

    • AtomicMarkableReference,AtomicStampedReference,AtomicReferenceArray

Atomic类的作用

    • 使得让对单一数据的操作,实现了原子化

    • 使用Atomic类构建复杂的,无需阻塞的代码

      访问对2个或2个以上的atomic变量(或者对单个atomic变量进行2次或2次以上的操作)通常认为是需要同步的,以达到让这些操作能被作为一个原子单元。

2.1 AtomicBoolean , AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference

这四种基本类型用来处理布尔,整数,长整数,对象四种数据。

  • 构造函数(两个构造函数)

    • 默认的构造函数:初始化的数据分别是false,0,0,null

    • 带参构造函数:参数为初始化的数据

  • set( )和get( )方法:可以原子地设定和获取atomic的数据。类似于volatile,保证数据会在主存中设置或读取

  • getAndSet( )方法

    • 原子的将变量设定为新数据,同时返回先前的旧数据

    • 其本质是get( )操作,然后做set( )操作。尽管这2个操作都是atomic,但是他们合并在一起的时候,就不是atomic。在Java的源程序的级别上,如果不依赖synchronized的机制来完成这个工作,是不可能的。只有依靠native方法才可以。

  • compareAndSet( ) 和weakCompareAndSet( )方法

    • 这两个方法都是conditional modifier方法。这2个方法接受2个参数,一个是期望数据(expected),一个是新数据(new);如果atomic里面的数据和期望数据一致,则将新数据设定给atomic的数据,返回true,表明成功;否则就不设定,并返回false。

  • 对于AtomicInteger、AtomicLong还提供了一些特别的方法。getAndIncrement( )、incrementAndGet( )、getAndDecrement( )、decrementAndGet ( )、addAndGet( )、getAndAdd( )以实现一些加法,减法原子操作。(注意 --i、++i不是原子操作,其中包含有3个操作步骤:第一步,读取i;第二步,加1或减1;第三步:写回内存)

  • 代码示例

  • import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
    
    public class Test {
    	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    		
    		Test test = new Test();
    		test.testAtomicBoolean();
    	}
    	
    	private  AtomicBoolean wakeupPending = new AtomicBoolean(false);
    	private  AtomicBoolean initialized = new AtomicBoolean(false);
    	
    	public void testAtomicBoolean() throws InterruptedException{
    		// 实现只有一个线程在运行
    		ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
    		service.execute(new Worker("aa"));
    		service.execute(new Worker("bb"));
    		service.execute(new Worker("cc"));
    		TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    	}
    	
    	private class Worker implements Runnable {
    		private String name;
    
    		public Worker(String name) {
    			this.name = name;
    			init();
    		}
    
    		public void init() {
    			if (initialized.compareAndSet(falsetrue)) {
    				System.out.println("实现只初始化一次的功能");
    			}
    		}
    
    		public void run() {
    			while (true) {
    				if (wakeupPending.compareAndSet(falsetrue)) {
    					System.out.println(name + " enter");
    					System.out.println(name + " working");
    					System.out.println(name + " leave");
    					try {
    						TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
    					} catch (InterruptedException e) {
    						e.printStackTrace();
    					}
    					wakeupPending.set(false);
    				} else {
    					// System.out.println(name + " give up");
    				}
    			}
    		}
    	}
    }

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