Atomic:原子变量与原子类
一、何谓Atomic?
Atomic一词跟原子有点关系,后者曾被人认为是最小物质的单位。计算机中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思。如果一段代码被认为是Atomic,则表示这段代码在执行过程中,是不能被中断的。通常来说,原子指令由硬件提供,供软件来实现原子方法(某个线程进入该方法后,就不会被中断,直到其执行完成)
在x86 平台上,CPU提供了在指令执行期间对总线加锁的手段。CPU芯片上有一条引线#HLOCK pin,如果汇编语言的程序中在一条指令前面加上前缀"LOCK",经过汇编以后的机器代码就使CPU在执行这条指令的时候把#HLOCK pin的电位拉低,持续到这条指令结束时放开,从而把总线锁住,这样同一总线上别的CPU就暂时不能通过总线访问内存了,保证了这条指令在多处理器环境中的原子性。
二、java.util.concurrent中的原子变量
无论是直接的还是间接的,几乎 java.util.concurrent 包中的所有类都使用原子变量,而不使用同步。类似 ConcurrentLinkedQueue 的类也使用原子变量直接实现无等待算法,而类似 ConcurrentHashMap 的类使用 ReentrantLock 在需要时进行锁定。然后, ReentrantLock 使用原子变量来维护等待锁定的线程队列。
如果没有 JDK 5.0 中的 JVM 改进,将无法构造这些类,这些改进暴露了(向类库,而不是用户类)接口来访问硬件级的同步原语。然后,java.util.concurrent 中的原子变量类和其他类向用户类公开这些功能
java.util.concurrent.atomic的原子类
这个包里面提供了一组原子类。其基本的特性就是在多线程环境下,当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时,具有排他性,即当某个线程进入方法,执行其中的指令时,不会被其他线程打断,而别的线程就像自旋锁一样,一直等到该方法执行完成,才由JVM从等待队列中选择一个另一个线程进入,这只是一种逻辑上的理解。实际上是借助硬件的相关指令来实现的,不会阻塞线程(或者说只是在硬件级别上阻塞了)。其中的类可以分成4组
AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference
AtomicIntegerArray,AtomicLongArray
AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicReferenceFieldUpdater
AtomicMarkableReference,AtomicStampedReference,AtomicReferenceArray
其中AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference是类似的。
首先AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference内部api是类似的:举个AtomicReference的例子
使用AtomicReference创建线程安全的堆栈
Java代码 public class LinkedStack<T> {
private AtomicReference<Node<T>> stacks = new AtomicReference<Node<T>>();
public T push(T e) {
Node<T> oldNode, newNode;
while (true) { //这里的处理非常的特别,也是必须如此的。
oldNode = stacks.get();
newNode = new Node<T>(e, oldNode);
if (stacks.compareAndSet(oldNode, newNode)) {
return e;
}
}
}
public T pop() {
Node<T> oldNode, newNode;
while (true) {
oldNode = stacks.get();
newNode = oldNode.next;
if (stacks.compareAndSet(oldNode, newNode)) {
return oldNode.object;
}
}
}
private static final class Node<T> {
private T object;
private Node<T> next;
private Node(T object, Node<T> next) {
this.object = object;
this.next = next;
}
}
}
然后关注字段的原子更新。
AtomicIntegerFieldUpdater<T>/AtomicLongFieldUpdater<T>/AtomicReferenceFieldUpdater<T,V>是基于反射的原子更新字段的值。
相应的API也是非常简单的,但是也是有一些约束的。
(1)字段必须是volatile类型的!volatile到底是个什么东西。请查看 http://blog.csdn.net/a511596982/article/details/8201744
(2)字段的描述类型(修饰符public/protected/default/private)是与调用者与操作对象字段的关系一致。也就是说调用者能够直接操作对象字段,那么就可以反射进行原子操作。但是对于父类的字段,子类是不能直接操作的,尽管子类可以访问父类的字段。
(3)只能是实例变量,不能是类变量,也就是说不能加static关键字。
(4)只能是可修改变量,不能使final变量,因为final的语义就是不可修改。实际上final的语义和volatile是有冲突的,这两个关键字不能同时存在。
(5)对于AtomicIntegerFieldUpdater和AtomicLongFieldUpdater只能修改int/long类型的字段,不能修改其包装类型(Integer/Long)。如果要修改包装类型就需要使用AtomicReferenceFieldUpdater。
在下面的例子中描述了操作的方法。
[java]
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;
public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo {
class DemoData{
public volatile int value1 = 1;
volatile int value2 = 2;
protected volatile int value3 = 3;
private volatile int value4 = 4;
}
AtomicIntegerFieldUpdater<DemoData> getUpdater(String fieldName) {
return AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(DemoData.class, fieldName);
}
void doit() {
DemoData data = new DemoData();
System.out.println("1 ==> "+getUpdater("value1").getAndSet(data, 10));
System.out.println("3 ==> "+getUpdater("value2").incrementAndGet(data));
System.out.println("2 ==> "+getUpdater("value3").decrementAndGet(data));
System.out.println("true ==> "+getUpdater("value4").compareAndSet(data, 4, 5));
}
public static void main(String[] args) {
AtomicIntegerFieldUpdaterDemo demo = new AtomicIntegerFieldUpdaterDemo();
demo.doit();
}
}
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntege
补充:软件开发 , Java ,