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使用Atomic

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Java的java.util.concurrent包除了提供底层锁、并发集合外,还提供了一组原子操作的封装类,它们位于java.util.concurrent.atomic包。

我们以AtomicInteger为例,它提供的主要操作有:

  • 增加值并返回新值:int addAndGet(int delta)
  • 加1后返回新值:int incrementAndGet()
  • 获取当前值:int get()
  • 用CAS方式设置:int compareAndSet(int expect, int update)

Atomic类是通过无锁(lock-free)的方式实现的线程安全(thread-safe)访问。它的主要原理是利用了CAS:Compare and Set。

如果我们自己通过CAS编写incrementAndGet(),它大概长这样:

public int incrementAndGet(AtomicInteger var) {
    int prev, next;
    do {
        prev = var.get();
        next = prev + 1;
    } while ( ! var.compareAndSet(prev, next));
    return prev;
}

CAS是指,在这个操作中,如果AtomicInteger的当前值是prev,那么就更新为next,返回true。如果AtomicInteger的当前值不是prev,就什么也不干,返回false。通过CAS操作并配合do ... while循环,即使其他线程修改了AtomicInteger的值,最终的结果也是正确的。

我们利用AtomicLong可以编写一个多线程安全的全局唯一ID生成器:

class IdGenerator {
    AtomicLong var = new AtomicLong(0);

    public long getNextId() {
        return var.incrementAndGet();
    }
}

通常情况下,我们并不需要直接用do ... while循环调用compareAndSet实现复杂的并发操作,而是用incrementAndGet()这样的封装好的方法,因此,使用起来非常简单。

在高度竞争的情况下,还可以使用Java 8提供的LongAdderLongAccumulator

小结

使用java.util.concurrent.atomic提供的原子操作可以简化多线程编程:

  • 原子操作实现了无锁的线程安全;

  • 适用于计数器,累加器等。


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