JAVA并发编程之原子变量

作者：毕来生
微信：878799579

1、什么是原子变量？

​ 原子变量保证了该变量的所有操作都是原子的，不会因为多线程的同时访问而导致脏数据的读取问题。

2、通过 synchronized 保证原子操作

1. 获取锁对象
2. 获取失败 / 获取不到 -> 阻塞队列等待
3. 释放锁对象

3、Atomic 之 AtomicInteger 源码分析

java.util.concurrent.atomic 包下帮助我们提供了很多原子性的支持，请参考下图

• AtomicInteger 和 AtomicIntegerArray：基于 Integer 类型
• AtomicBoolean：基于 Boolean 类型
• AtomicLong 和 AtomicLongArray：基于 Long 类型

• AtomicReference 和 AtomicReferenceArray：基于引用类型

  ---

  构造方法如下

  private volatile int value;

  /**
   * Creates a new AtomicInteger with the given initial value.
   *
   * @param initialValue the initial value
   */
  public AtomicInteger(int initialValue) {value = initialValue;}

  /**
   * Creates a new AtomicInteger with initial value {@code 0}.
   */
  public AtomicInteger() {}

如果通过构造方法设置原子变量。如不设置初始值则会默认初始化为 0。

以下为方法为 AtomicInteger 基于原子操作常用方法

// 获取当前原子变量中的值并为其设置新值
public final int getAndSet(int newValue)

// 比较当前的 value 是否等于 expect，如果是设置为 update 并返回 true，否则返回 false
public final boolean compareAndSet(int expect, int update)

// 获取当前的 value 值并自增一
public final int getAndIncrement()

// 获取当前的 value 值并自减一
public final int getAndDecrement()

// 获取当前的 value 值并为 value 加上 delta
public final int getAndAdd(int delta)

4、实战演练

在多线程下。我希望对 num = 0；进行自增，10 个线程，每个线程对变量自增 10000 次。结果应该是 100000 才对。

首先我们先来一个错误示范：

package org.bilaisheng.juc;

/**
 * @Author: bilaisheng
 * @Wechat: 878799579
 * @Date: 2019/1/1 21:58
 * @Todo: AtomicInteger 原子性错误示范。仅演示使用
 * @Version : JDK11 , IDEA2018
 */
public class AtomicIntegerErrorTest {

    // 举例 10 条线程并发，实际条数请参考自己场景
    private static final int THREAD_COUNT = 10;

    private static int num = 0;

    public static void main(String[] args) {Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];

        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 此处设置 10000. 太小看不到效果。请酌情设置
                    for (int j = 1; j <=10000 ; j++) {
                        // 如想要看到结果请放开下行注释
                        //System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"num ="+num);
                        num++ ;
                    }
                }
            });
            threads[i].start();}

        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        System.out.println(Thread.activeCount());

        while (Thread.activeCount()>2){Thread.yield();
        }

        System.out.println(num);
    }

}

运行结果举例两张如下图所示。每次运行结果都不相同

接下来我们的 AtomicInteger 就该登场了

package org.bilaisheng.juc;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * @Author: bilaisheng
 * @Wechat: 878799579
 * @Date: 2019/1/1 23:02
 * @Todo:
 * @Version : JDK11 , IDEA2018
 */
public class AtomicIntegerTest {


    private static final int THREADS_CONUT = 10;
    public static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);


    public static void main(String[] args) {Thread[] threads = new Thread[THREADS_CONUT];

        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 此处设置 10000. 太小看不到效果。请酌情设置
                    for (int j = 1; j <=10000 ; j++) {
                        // 如想要看到结果请放开下行注释
                        //System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"num ="+num);
                        num.incrementAndGet();}
                }
            });
            threads[i].start();}

        while (Thread.activeCount() > 2) {Thread.yield();
        }
        System.out.println(num);
    }
}

结果是不管怎么运行结果都和预期下相同。运行结果如下图：

5、Volatile 可以保证变量原子性吗？

​ 我们先来看一下下面两行代码

private volatile long num = 4642761357212574643L;

private volatile double amt= 4642761357212574643.23165421354;

如上代码并不能保证 num 以及 amt 两个变量就是原子性的，在 32 位处理器中 哪怕是通过 volatile 关键字进行修饰也无法保证变量原子性。因为在 32 位系统下。如果出现了多线程同时操作某个变量。这个变量正在被线程 a 进行修改。此时线程 b 访问此变量。可能只获取到该变量的前 32 位，故可能会导致原子性失效。导致不可预知的情况以及错误。如果本地和生产均为 64 位处理器。请忽略以上废话。