Java并发AtomicBoolean类

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2023-03-14

在java.util.concurrent.atomic包里，多了一批原子处理类。AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference。主要用于在高并发环境下的高效程序处理,来帮助我们简化同步处理.

AtomicInteger一个提供原子操作的Integer的类。在Java语言中，++i和i++操作并不是线程安全的，在使用的时候，不可避免的会用到synchronized关键字。而AtomicInteger则通过一种线程安全的加减操作接口。

我们先来看看AtomicInteger提供了什么接口:

public final int get() //获取当前的值
public final int getAndSet(int newValue)//获取当前的值，并设置新的值
public final int getAndIncrement()//获取当前的值，并自增
public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减
public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值

下面通过两个简单的例子来看一下 AtomicInteger 的优势。

普通线程同步:

class Test2 {
        private volatile int count = 0;

        public synchronized void increment() {
                  count++; //若要线程安全执行执行count++，需要加锁
        }

        public int getCount() {
                  return count;
        }
}

使用AtomicInteger来实现:

class Test2 {
        private AtomicInteger count = new AtomicInteger();

        public void increment() {
                  count.incrementAndGet();
        }
   //使用AtomicInteger之后，不需要加锁，也可以实现线程安全。
       public int getCount() {
                return count.get();
        }
}

从上面的例子中我们可以看出：使用AtomicInteger是非常的安全的。而且因为AtomicInteger由硬件提供原子操作指令实现的。在非激烈竞争的情况下，开销更小，速度更快。

我们来看看AtomicInteger是如何使用非阻塞算法来实现并发控制的:
AtomicInteger的关键域只有一下3个：

// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {    
         try {        
                valueOffset = unsafe.objectFieldOffset (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));   
        } catch (Exception ex) { 
               throw new Error(ex); 
        }
    }
private volatile int value;

这里， unsafe是java提供的获得对对象内存地址访问的类，注释已经清楚的写出了，它的作用就是在更新操作时提供“比较并替换”的作用。实际上就是AtomicInteger中的一个工具。
valueOffset是用来记录value本身在内存的便宜地址的，这个记录，也主要是为了在更新操作在内存中找到value的位置，方便比较。
注意：value是用来存储整数的时间变量，这里被声明为volatile，就是为了保证在更新操作时，当前线程可以拿到value最新的值(并发环境下，value可能已经被其他线程更新了)。
这里，我们以自增的代码为例，可以看到这个并发控制的核心算法：

/**
*Atomicallyincrementsbyonethecurrentvalue.
*
*@returntheupdatedvalue
*/
publicfinalintincrementAndGet(){
    for(;;){
        //这里可以拿到value的最新值
        intcurrent=get();
        intnext=current+1;
        if(compareAndSet(current,next)){
            returnnext;
        }

    }
}

publicfinalbooleancompareAndSet(intexpect,intupdate){
//使用unsafe的native方法，实现高效的硬件级别CAS
        returnunsafe.compareAndSwapInt(this,valueOffset,expect,update);
}

性能对比测试

下面是一个对比测试，我们写一个synchronized的方法和一个AtomicInteger的方法来进行测试，直观的感受下性能上的差异。

package zl.study.concurrency;  
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
public class AtomicIntegerCompareTest {  
    private int value;  

    public AtomicIntegerCompareTest(int value){  
        this.value = value;  
    }  

    public synchronized int increase(){  
        return value++;  
    }  

    public static void main(String args[]){  
        long start = System.currentTimeMillis();  

        AtomicIntegerCompareTest test = new AtomicIntegerCompareTest(0);  
        for( int i=0;i< 1000000;i++){  
            test.increase();  
        }  
        long end = System.currentTimeMillis();  
        System.out.println("time elapse:"+(end -start));  

        long start1 = System.currentTimeMillis();  

        AtomicInteger atomic = new AtomicInteger(0);  

        for( int i=0;i< 1000000;i++){  
            atomic.incrementAndGet();  
        }  
        long end1 = System.currentTimeMillis();  
        System.out.println("time elapse:"+(end1 -start1) );  


    }  
}

结果 -

time elapse:31
time elapse:16

由此不难看出，通过JNI本地的CAS性能远超synchronized关键字

优点总结:
最大的好处就是可以避免多线程的优先级倒置和死锁情况的发生，提升在高并发处理下的性能。