Java并发包下Atomic相关类的使用

简介: 本文介绍了 `java.util.concurrent.atomic` 包下的各类原子类及其使用场景,包括基本类型原子类(如 `AtomicInteger`、`AtomicLong`)、数组类型原子类(如 `AtomicIntegerArray`)、引用类型原子类(如 `AtomicReference`)、对象属性修改原子类(如 `AtomicIntegerFieldUpdater`)以及原子操作增强类(如 `LongAdder` 和 `LongAccumulator`)。同时,详细对比了不同原子类在高并发场景下的性能表现,展示了 `LongAdder` 的高效性。

java.util.concurrent.atomic 分类:

  • 基本类型原子类
  • AtomicInteger
  • AtomicLong
  • AtomicBoolean
  • 数组类型原子类
  • AtomicIntegerArray
  • AtomicLongArray
  • AtomicReferenceArray
  • 引用类型原子类
  • AtomicReference
  • AtomicMarkableReference
  • AtomicStampedReference
  • 对象的属性修改原子类
  • AtomicIntegerFieldUpdater
  • AtomicLongFieldUpdater
  • AtomicReferenceFieldUpdater
  • 原子操作增强类
  • DoubleAccumulator
  • DoubleAdder
  • LongAccumulator
  • LongAdder

AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference 区别

AtomicStampedReference是携带版本号的引用类型原子类,可以解决ABA问题,记录的是修改过几次

AtomicMarkableReference是将AtomicStampedReference的版本号,简化为true或false,并且只能使用一次

使用示例

  1. 基本类型原子类,以AtomicInteger为例

java

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicTest {

    /**
     * 50个线程
     */
    private static final int THREAD_NUM = 50;
    private static final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(THREAD_NUM);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyNumber myNumber = new MyNumber();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                        myNumber.add();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }).start();
        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println("最终结果:" + myNumber.num.get());
    }

}

class MyNumber {
    AtomicInteger num = new AtomicInteger();

    public void add() {
        num.getAndIncrement();
    }
}
  1. 数组类型原子类,以AtomicIntegerArray为例

csharp

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

public static void main(String[] args) {
    AtomicIntegerArray atomicIntegerArray1 = new AtomicIntegerArray(5);
    AtomicIntegerArray atomicIntegerArray2 = new AtomicIntegerArray(new int[5]);
    AtomicIntegerArray atomicIntegerArray3 = new AtomicIntegerArray(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});

    for (int i = 0; i < atomicIntegerArray3.length(); i++) {
        // 输出 1、2、3、4、5
        System.out.println(atomicIntegerArray3.get(i));
    }

    int temp = 0;
    atomicIntegerArray3.getAndSet(0, 111);
    // 输出 111
    System.out.println(atomicIntegerArray3.get(0));

    // +1
    atomicIntegerArray3.getAndIncrement(1);
    // +1
    atomicIntegerArray3.getAndIncrement(1);
    // 输出 4
    System.out.println(atomicIntegerArray3.get(1));
}
  1. 引用类型原子类,以AtomicReference为例实现一个自旋锁

java

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class SpinLockDemo {

    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    public void MyLock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " come in");
        while (!atomicReference.compareAndSet(null, Thread.currentThread())) {

        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取锁成功");
    }

    public void MyUnLock() {
        while (!atomicReference.compareAndSet(Thread.currentThread(), null)) {

        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放锁");
    }

    public static void main(String[] args) {
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();

        new Thread(() -> {
            // 获取锁
            spinLockDemo.MyLock();
            try {
                // 拿到锁使用3秒钟
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 释放锁
            spinLockDemo.MyUnLock();
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            spinLockDemo.MyLock();
            spinLockDemo.MyUnLock();
        }, "t2").start();
    }

}

输出结果

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

t1 come in
t1 获取锁成功
t2 come in
t1 释放锁
t2 获取锁成功
t2 释放锁
  1. 对象的属性修改原子类,是以一种线程安全的方式操作非线程安全对象内的某些字段
  • 使用要求:更新的对象属性必须使用 public volatile 进行修饰

AtomicIntegerFieldUpdater使用示例

java

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BankAccount bankAccount = new BankAccount();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(() -> {
                bankAccount.doAction(bankAccount);
            }).start();
        }
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 输出1000
        System.out.println(bankAccount.money);
    }

}

class BankAccount {
    public String bankName = "中国银行";
    public volatile int money;

    // 通过反射获取对象
    AtomicIntegerFieldUpdater<BankAccount> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(BankAccount.class, "money");

    public void doAction(BankAccount bankAccount) {
        updater.incrementAndGet(bankAccount);
    }
}
  1. 原子操作增强类

LongAdder:只能用来计算加法,且从零开始计算

ini

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

LongAdder longAdder = new LongAdder();
longAdder.increment();
longAdder.increment();
longAdder.increment();
// 输出3
System.out.println(longAdder.longValue());

LongAccumulator:提供了自定义的函数操作

ini

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator((x, y) -> x + y, 0);
longAccumulator.accumulate(1);
longAccumulator.accumulate(2);
longAccumulator.accumulate(3);
// 输出6
System.out.println(longAccumulator.longValue());

Atomic高性能对比

示例:使用50个线程,每个线程累加100万次,最后输出结果(类似高并发点赞功能)

ini

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.atomic.LongAccumulator;
import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;

class ClickNumber {
    int number = 0;

    public synchronized void addBySynchronized() {
        number++;
    }

    AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

    public void addByAtomicInteger() {
        atomicInteger.incrementAndGet();
    }

    AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);

    public void addByAtomicLong() {
        atomicLong.incrementAndGet();
    }

    LongAdder longAdder = new LongAdder();

    public void addByLongAdder() {
        longAdder.increment();
    }

    LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator(Long::sum, 0);

    public void addByLongAccumulator() {
        longAccumulator.accumulate(1);
    }
}

public class LongAdderDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ClickNumber clickNumber = new ClickNumber();
        long startTime;
        long endTime;

        CountDownLatch countDownLatch1 = new CountDownLatch(50);
        CountDownLatch countDownLatch2 = new CountDownLatch(50);
        CountDownLatch countDownLatch3 = new CountDownLatch(50);
        CountDownLatch countDownLatch4 = new CountDownLatch(50);
        CountDownLatch countDownLatch5 = new CountDownLatch(50);

        startTime = System.currentTimeMillis();
        // 50个线程
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 1000000; j++) {
                        // 每个线程累加100万次
                        clickNumber.addBySynchronized();
                    }
                } finally {
                    countDownLatch1.countDown();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch1.await();
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("synchronized 耗时 " + (endTime - startTime) + " 毫秒 " + clickNumber.number);

        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 1000000; j++) {
                        clickNumber.addByAtomicInteger();
                    }
                } finally {
                    countDownLatch2.countDown();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch2.await();
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("AtomicInteger 耗时 " + (endTime - startTime) + " 毫秒 " + clickNumber.atomicInteger.get());

        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 1000000; j++) {
                        clickNumber.addByAtomicLong();
                    }
                } finally {
                    countDownLatch3.countDown();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch3.await();
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("AtomicLong 耗时 " + (endTime - startTime) + " 毫秒 " + clickNumber.atomicLong.get());

        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 1000000; j++) {
                        clickNumber.addByLongAdder();
                    }
                } finally {
                    countDownLatch4.countDown();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch4.await();
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("LongAdder 耗时 " + (endTime - startTime) + " 毫秒 " + clickNumber.longAdder.longValue());

        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    for (int j = 1; j <= 1000000; j++) {
                        clickNumber.addByLongAccumulator();
                    }
                } finally {
                    countDownLatch5.countDown();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch5.await();
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("LongAccumulator 耗时 " + (endTime - startTime) + " 毫秒 " + clickNumber.longAccumulator.longValue());
    }

}

从输出结果可见,LongAdder性能明显高于其它的

arduino

体验AI代码助手

代码解读

复制代码

synchronized 耗时 941 毫秒 50000000
AtomicInteger 耗时 980 毫秒 50000000
AtomicLong 耗时 984 毫秒 50000000
LongAdder 耗时 153 毫秒 50000000
LongAccumulator 耗时 262 毫秒 50000000


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