什么是原子类,原子类有那些,有什么作用
什么是原子类,有什么作用
① 不可分割
② 一个操作是不可中断的,即便是多线程的情况下也可以保证
③ java.util.concurrent.atomic
④ 原子类的作用和锁类似,是为了保证并发情况下的线程安全。不过原子类相对于锁有一点的优势
粒度更细:原子变量可以把竞争范围缩小到变量级别,这是我们可以获得的最细的粒度的情况了,通常锁的粒度都要大于原子变量的粒度
效率更高:通常,使用原子类的效率会比使用锁的效率更高,除了高度竞争的情况
6类原子类纵览
Atomic*基本类型原子类,以AtomicInteger为例
1.AtomicInteger方法
2.常用方法
public final int get()//获取当前值
public final int getAndSet(int newValue)//获取当前值,并设置新的值
pubilic final int getAndIncrement()//获取当前值,并自增
pubilic final int getAndDecrement()//获取当前值,并自增
public final int getAndAdd(int delta)//获取当前值,并加上预期值
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值(update)
/*** 演示AtomicInteger的基本用法,对比原子类的线程安全问题,使用了原子类以后,不需要加锁,也可以保证线程安全问题*/
public class AtomicIntegerDemo1 implements Runnable {private static final AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();public void incrementAtomic(){atomicInteger.getAndIncrement();}private static volatile int basicCount = 0;public /*synchronized*/ void incrementBasic(){//synchronized保证线程安全basicCount++;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {AtomicIntegerDemo1 r = new AtomicIntegerDemo1();Thread thread1 = new Thread(r);Thread thread2 = new Thread(r);thread1.start();thread2.start();thread1.join();thread2.join();System.out.println("原子类的结果是 "+atomicInteger.get());System.out.println("普通变量的结果是 "+basicCount);}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {incrementAtomic();incrementBasic();}}
}
Atomic*Arrray数组类型原子类
/*** 演示原子数组的使用方法*/
public class AtomicArrayDemo {public static void main(String[] args) {AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(1000);Incrementer incrementer = new Incrementer(atomicIntegerArray);Decrementer decrementer = new Decrementer(atomicIntegerArray);Thread[] threadsIncrementer = new Thread[100];Thread[] threadsDecrementer = new Thread[100];for (int i = 0; i < 100; i++) {threadsIncrementer[i] = new Thread(incrementer);threadsDecrementer[i] = new Thread(decrementer);threadsIncrementer[i].start();threadsDecrementer[i].start();}for (int i = 0; i < 100; i++) {try {threadsDecrementer[i].join();threadsIncrementer[i].join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}for (int i = 0; i < atomicIntegerArray.length(); i++) {// if (atomicIntegerArray.get(i) != 0){// System.out.println("发现了错误"+i);
// }System.out.println(atomicIntegerArray.get(i));}System.out.println("运行结束");}
}class Decrementer implements Runnable {private AtomicIntegerArray array;public Decrementer(AtomicIntegerArray array) {this.array = array;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < array.length(); i++) {array.getAndDecrement(i);}}
}class Incrementer implements Runnable {private AtomicIntegerArray array;public Incrementer(AtomicIntegerArray array) {this.array = array;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < array.length(); i++) {array.getAndIncrement(i);}}
}
Atomic*Reference引用类型原子类
自旋锁使用
public class SpinLock {private AtomicReference<Thread> sign = new AtomicReference<>();public void lock() {Thread current = Thread.currentThread();while (!sign.compareAndSet(null, current)) {System.out.println("自旋获取失败,再次尝试");}}public void unlock() {Thread current = Thread.currentThread();sign.compareAndSet(current, null);}public static void main(String[] args) {SpinLock spinLock = new SpinLock();Runnable runnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始尝试获取自旋锁");spinLock.lock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了自旋锁");try {Thread.sleep(300);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {spinLock.unlock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了自旋锁");}}};Thread thread1 = new Thread(runnable);Thread thread2 = new Thread(runnable);thread1.start();thread2.start();}
}
把普通变量升级为原子类
用AtomicIntegerFieldUpdate升级原有变量
public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo implements Runnable {static Candidate tom;static Candidate peter;public static AtomicIntegerFieldUpdater<Candidate> scoreUpdater =AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Candidate.class, "score");@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {peter.score++;scoreUpdater.getAndIncrement(tom);}}public static class Candidate {volatile int score;//不支持private、static}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {tom = new Candidate();peter = new Candidate();AtomicIntegerFieldUpdaterDemo r = new AtomicIntegerFieldUpdaterDemo();Thread thread1 = new Thread(r);Thread thread2 = new Thread(r);thread1.start();thread2.start();thread1.join();thread2.join();System.out.println("普通的变量:" + peter.score);System.out.println("升级后的结果:" + tom.score);}
}
注意点:
① 可见范围:变量不能为private
② 不支持static
Adder累加器
① java8引入的,相比较是一个比较新的类
② 高并发下LogAdder比AtomicLog效率高,不过本质是空间换时间
③ 竞争激烈的时候,LongAdder把不同线程对应到不同的Cell上进行修改,降低了冲突的概率,是多段锁的理念,提高了并发性
④ LongAdder适合的场景是统计求和计数的场景,而且LongAdder基本只提供了add方法,而AtomicLong还具有cas方法
演示多线程下AtomicLong的性能,有20个线程对同一个AtomicLong累加(由于竞争很激烈,每一次加法,都要flush和refresh,导致很耗费资源)
/*** 演示高并发场景下,LongAdder比AtomicLong性能好*/
@SuppressWarnings("all")
public class AtomicLongDemo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {AtomicLong counter = new AtomicLong();ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(20);long start = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 10000; i++) {service.submit(new Task(counter));}service.shutdown();while (!service.isTerminated()) {}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println(counter.get());System.out.println("AtomicLon耗时:" + (end - start));}private static class Task implements Runnable {private AtomicLong counter;public Task(AtomicLong counter) {this.counter = counter;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {counter.incrementAndGet();}}}
}
LongAdder演示
@SuppressWarnings("all")
public class AtomicAdderDemo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {LongAdder counter = new LongAdder();ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(20);long start = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 10000; i++) {service.submit(new Task(counter));}service.shutdown();while (!service.isTerminated()) {}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println(counter.sum());System.out.println("LongAdder耗时:"+(end-start));}private static class Task implements Runnable {private LongAdder counter;public Task(LongAdder counter) {this.counter = counter;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {counter.increment();}}}
}
累加结果耗时显示
LongAdder改进和原理:
① 在内部,这个LongAdder的实现原理和刚才的AtomicLong是不同的,刚才的AtomicLong的实现原理是,每一次加法都需要做同步,所以在高并发的时候会导致冲突比较多,也就降低了效率
② 而此时的LongAdder,每个线程都有一个计数器,仅用来在自己的线程内计算,这样一来就不会和其他线程的计数器干扰
③ 如上图,第一个线程的计数器的数值,也就是ctr’,为1的时候,可能线程2的计数器ctr’’的数值已经是3了,他们之间并不存在竞争关系,所以在加和的过程中,根本不需要同步机制,也不需要刚才的flush和reflush。这里没有一个公共的counter来给所有线程统一计数
④ LongAdder引入了分段累加的概念,内部有一个base变量和一个Cell[]数组共同参与计数:
base变量:竞争不激烈,直接累加到该变量上
Cell[]:竞争激烈,各个线程分散累加到自己的槽Cell[i]中,
⑤ sum源码
public long sum() {Cell[] as = cells; Cell a;long sum = base;if (as != null) {for (int i = 0; i < as.length; ++i) {if ((a = as[i]) != null)sum += a.value;}}return sum;}
Accumulator累加器
public class LongAccumulatorDemo {public static void main(String[] args) {LongAccumulator accumulator = new LongAccumulator((x,y)->x+y,0);ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(8);IntStream.range(1,10).forEach(i->executor.submit(()->accumulator.accumulate(i)));executor.shutdown();while (!executor.isTerminated()){}System.out.println(accumulator.getThenReset());}
}
使用场景:
① 适用于需要大量计算,并且需要并行计算的场景,如果不需要并行计算,可用for循环解决问题,用了Accumulator累加器可利用多核同时计算,提供效率
② 计算的顺序不能成为瓶颈,线程1可能在线程5之后运行,也可能在之前运行,不影响最终结果
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