详解JUC之原子类概述

时间：2023-01-12 20:52:03

原子操作

在讲 JUC (java.util.concurrent) 的原子类之前呢，我得先介绍一下原子操作

在化学变化中,原子（Atom）是不能再分的一种粒子（在物理上还可以分为质子和电子），计算机中的原子操作是指不能分割成若*分的操作，表示这个操作在执行过程中，是不能被中断的。

比如说int i=0;是一个原子操作。而i++则可以分成两步操作，先是计算i+1的值然后第二步是将第一步的计算结果赋值给i。

非原子操作都会存在线程安全问题，比如下面这个例子。下面这个例子我开启了1000条线程去将一个count变量做++运算，按照理想的状态最后输出的值应该是1000，但是最终的结果都是小于1000（反正我测试了很多次都没有到达1000的）。

public class Main {

public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();
// 开启1000条线程让counter的count++，理想结果应该是1000
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new Thread() {
public void run() {
try {
// 线程睡眠1毫秒可以更容易让线程切换造成问题
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    counter.inc();
                };
            }.start();
        }

try {
// 主线程睡眠1秒，等1000个线程执行完毕，只是权宜之计，并不优雅
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(counter.getCount());
    }

}

class Counter {
private int count;

public void inc() {
        count++;
    }

public int getCount() {
return count;
    }
}


这个问题呢其实不难解释，上面我已经说到i++是一个可分割的操作，即非原子操作，在这个例子中count++也是如此，那之所以输出的值比1000小，就在于count++的两步操作中，又混入了其它线程对count操作。

比如说某一时刻，count的值为3，然后线程A读取了count的值并将其加1，注意第二步的赋值操作还没执行即count值还是3，又有一个线程B读取了count的值（此时还是为3），对count的值加1然后赋值回给count变量（此时count的值为4），而又切换成线程A执行赋值操作了，线程A将4赋值给count变量，最终count变量的值为4，可以看到两个线程分别都对count执行了自加操作，但是count最终值是等于count+1的值而不是count+2。

有些人妄图用volatile关键字来解决这个问题，就是用volatile关键字修饰count变量，结果肯定是不行的，具体原因可以看看这里java中volatile关键字的含义

其实可以用synchronized关键字解决这个问题，就是让inc()成为同步方法，不过我要讲的重点不是synchronized关键字，就不在这介绍了。还有一个比较好的办法就是使用我们今天的主角——原子类

我只需要把Counter类修改一下就好了，把count变量的类型从int修改成AtomicInteger类（后面我就会介绍这些原子类），这个就是一个原子类。它有个方法int getAndIncrement()，意思就是获取值然后增加，其实就是像count++操作，相应还有int incrementAndGet()方法，就是对应++count操作。

下面是修改代码

class Counter {
private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

public void inc() {
        count.getAndIncrement();
    }

public int getCount() {
return count.intValue();
    }
}

然后再运行程序会输出我们预期的结果1000

原子类

并发包java.util.concurrent的原子类都存放在java.util.concurrent.atomic下，这些原子类可以操作一些数据类型的值，而且这些操作都是原子操作。

根据操作的数据类型，可以将JUC包中的原子类分为4类

  • 基本类型: AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean ;
  • 数组类型: AtomicIntegerArray, AtomicLongArray, AtomicReferenceArray ;
  • 引用类型: AtomicReference, AtomicStampedRerence, AtomicMarkableReference ;
  • 对象的属性修改类型: AtomicIntegerFieldUpdater, AtomicLongFieldUpdater, AtomicReferenceFieldUpdater 。

在后面的文章我会相继介绍到其它原子类的使用和它们的实现原理，拜拜先了，要去上课了

在写这篇文章的时候，我在准备演示第一个例子的时候犯了一个错误，我感觉犯这个错误有点冤枉，希望你们能去看看这篇文章，不要走我趟过的泥路 (T-T)
一个小细节引起的悲剧——线程执行顺序错误
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