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Java如何使用原子类_Java Atomic类族工作原理说明

P粉602998670
发布: 2025-12-21 18:47:18
原创
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Java原子类通过CAS指令和volatile语义实现无锁线程安全;AtomicInteger支持原子增减、CAS比较设置;存在ABA问题,可用AtomicStampedReference解决;字段更新器适用于POJO中局部原子化;LongAdder等适合高并发累加场景。

java如何使用原子类_java atomic类族工作原理说明

Java原子类(Atomic classes)的核心目标是:在不使用synchronized或Lock的前提下,实现线程安全的变量更新。它们靠的是硬件级的CAS(Compare-And-Swap)指令,配合volatile语义,既高效又轻量。

AtomicInteger等基础原子类怎么用

以AtomicInteger为例,它封装了一个int值,所有操作都是原子的:

  • get() / set(value):读写操作,基于volatile保证可见性
  • incrementAndGet():先加1再返回新值,底层调用Unsafe.compareAndSet
  • compareAndSet(expect, update):经典CAS——仅当当前值等于expect时,才设为update,返回是否成功
  • getAndIncrement():返回旧值,再自增,适合计数器场景

示例:高并发下安全计数

AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
// 多个线程同时执行
counter.incrementAndGet(); // 不会丢更新
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CAS不是万能的:ABA问题与解决思路

CAS只比对数值是否相等,但无法感知“中间是否被改过又改回来”。比如:A→B→A,CAS会误认为没变过,可能引发逻辑错误。

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  • 典型场景:顶节点被弹出(A),另一线程压入新节点(B),再弹出(B),又压回原节点(A)
  • JDK提供AtomicStampedReference,用“版本号+引用”组合判断,避免ABA
  • 也可用AtomicMarkableReference,用布尔标记代替版本号,更轻量

AtomicIntegerFieldUpdater等字段更新器怎么选

当你不能或不想把字段改成Atomic类型(比如要保持POJO结构、或已有大量非原子字段),可用Updater:

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  • 要求字段必须是public volatile,且声明为final类中的非static字段
  • Updater本身是static final,通过反射获取字段偏移量,性能接近直接访问
  • 适用于“少量字段需原子更新,其余仍走普通路径”的混合场景

注意:Updater不检查运行时类型安全,若传入错误对象类型,会在运行时报错。

LongAdder和DoubleAdder更适合高竞争场景

AtomicLong在多线程激烈竞争时,CAS失败重试频繁,性能下降明显。LongAdder采用分段累加(cell数组 + base)策略:

  • 线程优先尝试更新自己的cell;冲突时才扩容或退到base
  • sum()方法需遍历所有cell,所以不是实时强一致,但吞吐量显著更高
  • 适合统计类场景(如QPS、耗时总和),不要求每次get都精确到个位数

类似地,DoubleAdder用于浮点累加,原理相同。

基本上就这些。原子类不是锁的替代品,而是针对特定模式(单变量读写、计数、标志位)的优化解法。用对了,轻快;用错了,比如拿AtomicBoolean当状态机盲目轮询,反而影响可维护性。

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