并发编程（五）原子类

一、前言

　　原子类主要用于并发编程里操作原子数据时使用到，位于util.concurrent.atomic包下。

　　我们可以通过下图看到，在JDK中已经定义了很多个原子类：

　　我们可以根据其功能把常用的一些原子类进行分类：

原子更新基本数据类型：
- AtomicBoolean ：原子更新布尔类型
- AtomicInteger ：原子更新整型
- AtomicLong ：原子更新长整型
原子更新数组类型：
- 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
原子更新引用数据类型：
- AtomicReference ：原子更新引用类型
- AtomicReferenceFieldUpdater ：原子更新引用类型的字段
- AtomicMarkableReferce ：原子更新带有标记位的引用类型，可以使用构造方法更新一个布尔类型的标记位和引用类型
原子更新字段类型：
- AtomicIntegerFieldUpdater ：原子更新整型的字段的更新器
- AtomicLongFieldUpdater ：原子更新长整型字段的更新器
- AtomicStampedFieldUpdater ：原子更新带有版本号的引用类型

二、常用方法整理

　　由于类中许多方法功能类似，这里进行分类列举，把常用的方法写出来先了解，源码部分后面有机会再详细研究，第一阶段，先知道怎么用~

原子更新基本数据类型

　　以 AtomicInteger 为例，常用的方法有：

int addAndGet(int delta) ：以原子的方式将输入的数值与实例中的值相加，并返回结果。
boolean compareAndSet(int expect, int update) ：如果输入的值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。
int getAndIncrement() ：以原子的方式将当前值加 1。PS：这里返回的是自增前的值，也就是旧值。
void lazySet(int newValue) ：最终会设置成newValue，使用lazySet设置值后，可能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) ：以原子的方式设置为newValue，并返回旧值。

　　写一个测试类来简单看下这些方法怎么使用：

/**
 * 原子更新基本类型测试类【AtomicInteger为例】
 *
 * @author 有梦想的肥宅
 */
public class AtomicTest {

    public static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(1);

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=====  1、先原子相加，再返回结果  =====");
        System.out.println(ai.addAndGet(2));

        System.out.println("=====  2、输入当前值【第一个参数】，比较成功后返回true并设置值为【第二个参数】，否则返回false   =====");
        System.out.println(ai.compareAndSet(3, 2));

        System.out.println("=====  3、获取旧值并+1     =====");
        System.out.println(ai.getAndIncrement());

        System.out.println("=====  4、后置赋值，赋值期间可能会被其他线程获取到旧值     =====");
        ai.lazySet(7);
        System.out.println(ai.get());

        System.out.println("=====  5、原子方式设置为新的值，并返回旧的值     =====");
        System.out.println(ai.getAndSet(10));

        System.out.println("=====  6、获取当前原子数值     =====");
        System.out.println(ai.get());
    }

}

　　原理：

　　
底层代码的compareAndSwapInt()方法，使用了CAS原理【比较和交换】去控制。【CAS详解看这里】

原子更新数组类型

　　　　以 AtomicIntegerArray 为例，常用的方法有：

set(int index,int value) ：将位置 i 的元素设置为给定值，默认值为0
get(int index) ：获取索引为index的元素值。
addAndGet(int index,int value) ：以原子方式先对给定下标加上特定的值，再获取相加后的值
incrementAndGet(int index) ：以原子方式先对下标加1再获取值
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 的元素设置为update值。

　　写一个测试类来简单看下这些方法怎么使用：

/**
 * 原子更新数组类型测试类【AtomicIntegerArray为例】
 *
 * @author 有梦想的肥宅
 */
public class AtomicTest2 {

    public static int[] value = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
    public static AtomicIntegerArray aiArray = new AtomicIntegerArray(value);

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=====  1、将位置 i 的元素设置为给定值，默认值为0  =====");
        aiArray.set(0, 10);
        System.out.println(aiArray.get(0));

        System.out.println("=====  2、以原子方式先对给定下标加上特定的值，再获取相加后的值  =====");
        System.out.println(aiArray.addAndGet(0, 2));

        System.out.println("=====  3、如果当前值【第一个参数】 == 预期值，则以原子方式将位置 i 的元素设置为给定的更新值【第二个参数】  =====");
        System.out.println(aiArray.compareAndSet(0, 12, 6));

        System.out.println("=====  4、以原子方式先对下标加1再获取值  =====");
        System.out.println(aiArray.incrementAndGet(0));
    }

}

原子更新引用数据类型

　　原子更新基本类型，只能更新一个值。如果更新多个值，比如更新一个对象里的值，那么就要用原子更新引用类型提供的类，我们直接写一个测试类来看看怎么使用：

/**
 * 原子更新引用类型测试类
 *
 * @author 有梦想的肥宅
 */
public class AtomicTest3 {

    public static AtomicReference<User> aiReference = new AtomicReference<User>();

    public static void main(String[] args) {
        //1、原子引用内放入u1对象
        User u1 = new User("zh", 26, "男");
        aiReference.set(u1);
        System.out.println(aiReference.get().getName() + aiReference.get().getAge() + aiReference.get().getSex());

        //2、比较原子引用内的对象，如果相同则替换为新对象
        User u2 = new User("zh", 26, "女");
        aiReference.compareAndSet(u2, u2);
        System.out.println(aiReference.get().getName() + aiReference.get().getAge() + aiReference.get().getSex());

        //3、传入的预期对象【第一个参数】与当前原子引用类型内的对象完全一致时，则更新为新的对象
        User u3 = new User("wlx", 27, "女");
        aiReference.compareAndSet(u1, u3);
        System.out.println(aiReference.get().getName() + aiReference.get().getAge() + aiReference.get().getSex());

    }

    /**
     * 用户基本信息
     */
    @Data
    public static class User {
        private String name;
        private int age;
        private String sex;

        public User(String name, int age, String sex) {
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.sex = sex;
        }
    }

}

　　原理：

底层代码的compareAndSwapObject()方法，使用了CAS原理【比较和交换】去控制。【CAS详解看这里】

原子更新字段类型

　　原子更新字段类型主要是用在更新一个对象里面的某个字段的场景，我们也是直接上代码来搞一波：

/**
 * 原子更新字段类型测试类
 *
 * @author 有梦想的肥宅
 */
public class AtomicTest4 {
    //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.newUpdater：第一个参数【对象的类型】，第二个参数【需要更新的字段】
    private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> aiFieldUpdater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");

    public static void main(String[] args) {
        //1、创建一个用户对象
        User u1 = new User("zh", 26, "男");
        //2、使用原子字段更新类更新年龄，+1
        System.out.println(aiFieldUpdater.getAndIncrement(u1));
        //3、输出更新后的年龄
        System.out.println(u1.getAge());
    }


    /**
     * 用户基本信息
     */
    @Data
    public static class User {
        private String name;
        volatile int age; //PS:需要被原子更新的字段不能设置为private，且要加上volatile关键字来修饰
        private String sex;

        public User(String name, int age, String sex) {
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.sex = sex;
        }
    }

}

注意：

1、需要被原子更新的字段不能设置为private
2、需要被原子更新的字段要加上volatile关键字来修饰

参考文章：

Java16个原子类介绍-基于JDK8