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在Java中如何利用原子操作控制并发

P粉602998670

发布： 2025-10-11 18:10:01

原创

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Java通过原子类实现高效并发控制，利用CAS机制保证线程安全；AtomicInteger等用于基本类型原子操作，AtomicReference支持引用类型更新，配合AtomicStampedReference可解决ABA问题，适用于计数器、状态标志等场景。

在java中如何利用原子操作控制并发

Java中通过原子操作控制并发，主要依赖java.util.concurrent.atomic包提供的原子类。这些类利用底层的CAS（Compare-And-Swap）机制实现无锁的线程安全操作，相比传统的加锁方式，性能更高、开销更小。

原子变量的基本使用

常见的原子类包括AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等，适用于基本类型的原子更新。

例如，使用AtomicInteger实现线程安全的计数器：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

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

    public void increment() {
        count.incrementAndGet(); // 原子自增
    }

    public int getValue() {
        return count.get();
    }
}

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其中incrementAndGet()方法保证了自增操作的原子性，多个线程同时调用也不会出现数据错乱。

原子引用与复杂对象操作

对于引用类型，可以使用AtomicReference来保证引用更新的原子性。

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比如，维护一个当前用户的状态对象：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class UserManager {
    private AtomicReference<User> currentUser = new AtomicReference<>();

    public void updateUser(User newUser) {
        User oldUser;
        do {
            oldUser = currentUser.get();
        } while (!currentUser.compareAndSet(oldUser, newUser));
    }

    public User getCurrentUser() {
        return currentUser.get();
    }
}

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这里通过compareAndSet不断尝试更新，直到成功为止，确保操作的原子性和一致性。

数组与字段的原子操作

Java还提供了对数组和对象字段的原子操作支持：

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AtomicIntegerArray：提供对整型数组元素的原子操作
AtomicLongArray：类似地用于long数组
AtomicIntegerFieldUpdater：可对指定对象的volatile整型字段进行原子更新

使用字段更新器时需注意：

目标字段必须是volatile修饰的，并且不能是static或final。

CAS机制与ABA问题

原子类依赖于CPU的CAS指令，但在某些场景下可能遇到ABA问题——值从A变为B又变回A，普通CAS无法察觉中间变化。

解决方案：

使用AtomicStampedReference或AtomicMarkableReference，通过引入版本号或标记位来避免ABA问题。

例如：

AtomicStampedReference<String> ref = 
    new AtomicStampedReference<>("A", 0);

int stamp = ref.getStamp();
ref.compareAndSet("A", "B", stamp, stamp + 1);

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基本上就这些。合理使用原子类可以在不加锁的前提下保证线程安全，特别适合状态标志、计数器、轻量级共享数据等场景。关键是理解CAS原理及其局限性，在高竞争环境下也要注意“自旋”带来的CPU消耗。

以上就是在Java中如何利用原子操作控制并发的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！