概览

原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作，这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何线程上下文切换。

原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序不可以被打乱，也不可以被切割而只执行其中的一部分，将整个操作视作一个整体是原子性的核心特征。

在java中提供了很多原子类，笔者在此主要把这些原子类分成四大类。

原子更新基本类型或引用类型

如果是基本类型，则替换其值，如果是引用，则替换其引用地址，这些类主要有：

(1)AtomicBoolean

原子更新布尔类型，内部使用int类型的value存储1和0表示true和false，底层也是对int类型的原子操作。

(2)AtomicInteger

原子更新int类型。

(3)AtomicLong

原子更新long类型。

(4)AtomicReference

原子更新引用类型，通过泛型指定要操作的类。

(5)AtomicMarkableReference

原子更新引用类型，内部使用Pair承载引用对象及是否被更新过的标记，避免了ABA问题。

(6)AtomicStampedReference

原子更新引用类型，内部使用Pair承载引用对象及更新的邮戳，避免了ABA问题。

这几个类的操作基本类似，底层都是调用Unsafe的compareAndSwapXxx()来实现，基本用法如下：

private static void testAtomicReference() {

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);

atomicInteger.incrementAndGet();

atomicInteger.getAndIncrement();

atomicInteger.compareAndSet(3, 666);

System.out.println(atomicInteger.get());

AtomicStampedReference atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);

atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2, 1, 3);

atomicStampedReference.compareAndSet(2, 666, 3, 5);

System.out.println(atomicStampedReference.getReference());

System.out.println(atomicStampedReference.getStamp());

}

原子更新数组中的元素

原子更新数组中的元素，可以更新数组中指定索引位置的元素，这些类主要有：

(1)AtomicIntegerArray

原子更新int数组中的元素。

(2)AtomicLongArray

原子更新long数组中的元素。

(3)AtomicReferenceArray

原子更新Object数组中的元素。

这几个类的操作基本类似，更新元素时都要指定在数组中的索引位置，基本用法如下：

private static void testAtomicReferenceArray() {

AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(10);

atomicIntegerArray.getAndIncrement(0);

atomicIntegerArray.getAndAdd(1, 666);

atomicIntegerArray.incrementAndGet(2);

atomicIntegerArray.addAndGet(3, 666);

atomicIntegerArray.compareAndSet(4, 0, 666);

System.out.println(atomicIntegerArray.get(0));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(1));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(2));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(3));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(4));

System.out.println(atomicIntegerArray.get(5));

}

原子更新对象中的字段

原子更新对象中的字段，可以更新对象中指定字段名称的字段，这些类主要有：

(1)AtomicIntegerFieldUpdater

原子更新对象中的int类型字段。

(2)AtomicLongFieldUpdater

原子更新对象中的long类型字段。

(3)AtomicReferenceFieldUpdater

原子更新对象中的引用类型字段。

这几个类的操作基本类似，都需要传入要更新的字段名称，基本用法如下：

private static void testAtomicReferenceField() {

AtomicReferenceFieldUpdater updateName = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(User.class, String.class,"name");

AtomicIntegerFieldUpdater updateAge = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");

User user = new User("tong ge", 21);

updateName.compareAndSet(user, "tong ge", "read source code");

updateAge.compareAndSet(user, 21, 25);

updateAge.incrementAndGet(user);

System.out.println(user);

}

private static class User {

volatile String name;

volatile int age;

public User(String name, int age) {

this.name = name;

this.age = age;

}

@Override

public String toString() {

return "name: " + name + ", age: " + age;

}

}

高性能原子类

高性能原子类，是java8中增加的原子类，它们使用分段的思想，把不同的线程hash到不同的段上去更新，最后再把这些段的值相加得到最终的值，这些类主要有：

(1)Striped64

下面四个类的父类。

(2)LongAccumulator

long类型的聚合器，需要传入一个long类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。

(3)LongAdder

long类型的累加器，LongAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。

(4)DoubleAccumulator

double类型的聚合器，需要传入一个double类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。

(5)DoubleAdder

double类型的累加器，DoubleAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。

这几个类的操作基本类似，其中DoubleAccumulator和DoubleAdder底层其实也是用long来实现的，基本用法如下：

private static void testNewAtomic() {

LongAdder longAdder = new LongAdder();

longAdder.increment();

longAdder.add(666);

System.out.println(longAdder.sum());

LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator((left, right)->left + right * 2, 666);

longAccumulator.accumulate(1);

longAccumulator.accumulate(3);

longAccumulator.accumulate(-4);

System.out.println(longAccumulator.get());

}

问题

关于原子类的问题，笔者整理了大概有以下这些：

(1)Unsafe是什么？

(3)Unsafe为什么是不安全的？

(4)Unsafe的实例怎么获取？

(5)Unsafe的CAS操作？

(6)Unsafe的阻塞/唤醒操作？

(7)Unsafe实例化一个类？

(8)实例化类的六种方式？

(9)原子操作是什么？

(10)原子操作与数据库ACID中A的关系？

(11)AtomicInteger怎么实现原子操作的？

(12)AtomicInteger主要解决了什么问题？

(13)AtomicInteger有哪些缺点？

(14)ABA是什么？

(15)ABA的危害？

(16)ABA的解决方法？

(17)AtomicStampedReference是怎么解决ABA的？

(18)实际工作中遇到过ABA问题吗？

(19)CPU的缓存架构是怎样的？

(20)CPU的缓存行是什么？

(21)内存屏障又是什么？

(22)伪共享是什么原因导致的？

(23)怎么避免伪共享？

(24)消除伪共享在java中的应用？

(25)LongAdder的实现方式？

(26)LongAdder是怎么消除伪共享的？

(27)LongAdder与AtomicLong的性能对比？

(28)LongAdder中的cells数组是无限扩容的吗？

关于原子类的问题差不多就这么多，都能回答上来吗？点击下面的链接可以直接到相应的章节查看：

彩蛋

原子类系列源码分析到此就结束了，虽然分析的类比较少，但是牵涉的内容非常多，特别是操作系统底层的知识，比如CPU指令、CPU缓存架构、内存屏障等。

下一章，我们将进入“同步系列”，同步最常见的就是各种锁了，这里会着重分析java中的各种锁、各种同步器以及分布式锁相关的内容。

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