Java Atomic 原子类总结
一、概述
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定义
Atomic 原子类位于java.util.concurrent.atomic包下，提供线程安全的原子操作，通过 CAS（Compare And Swap）和 volatile 实现无锁并发，避免传统锁机制的性能开销。 -
核心原理
• CAS 机制：通过比较内存值与预期值是否一致来决定是否更新，避免线程阻塞。 • volatile 变量：保证变量的可见性，确保多线程环境下能读取到最新值。
二、原子类分类
1. 基本类型原子类
• 作用：原子更新基本类型变量。
• 类：
• AtomicInteger：整型原子类。
• AtomicLong：长整型原子类。
• AtomicBoolean：布尔型原子类。
• 常用方法：
get()、set()、getAndSet()、getAndIncrement()、compareAndSet()
2. 数组类型原子类
• 作用：原子更新数组中的单个元素。
• 类：
• AtomicIntegerArray：整型数组原子类。
• AtomicLongArray：长整型数组原子类。
• AtomicReferenceArray：引用类型数组原子类。
• 常用方法：
get(int i)、set(int i, T newValue)、getAndUpdate(int i, IntUnaryOperator updateFunction)
3. 引用类型原子类
• 作用：原子更新对象引用。
• 类：
• AtomicReference：普通引用类型原子类。
• AtomicStampedReference：通过版本号解决 ABA 问题。
• AtomicMarkableReference：通过布尔标记解决 ABA 问题。
• ABA 问题：
线程 1 读取值 A，线程 2 将值改为 B 后又改回 A，线程 1 的 CAS 操作会误认为值未变。通过版本号或标记解决。
4. 对象属性修改类型
• 作用：原子更新对象的某个字段（需使用 public volatile 修饰）。
• 类：
• AtomicIntegerFieldUpdater：整型字段更新器。
• AtomicLongFieldUpdater：长整型字段更新器。
• AtomicReferenceFieldUpdater：引用类型字段更新器。
• 使用步骤：
- 通过静态方法
newUpdater()创建更新器。 - 调用更新器的原子方法（如
getAndIncrement()）。
三、核心方法解析
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CAS 方法
boolean compareAndSet(T expect, T update)• 若当前值等于
expect，则更新为update，返回true；否则返回false。 -
延迟写入方法
void lazySet(T newValue)• 最终将值设为
newValue，但不保证其他线程立即看到新值（弱内存语义）。 -
弱一致性方法
boolean weakCompareAndSet(T expect, T update)• 可能虚假失败，不提供内存顺序保证（实际实现与
compareAndSet相同）。
四、典型示例
1. AtomicInteger 使用
AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
count.incrementAndGet(); // 线程安全的自增
2. AtomicStampedReference 解决 ABA
AtomicStampedReference<Integer> ref = new AtomicStampedReference<>(0, 0);
int[] stampHolder = new int[1];
ref.compareAndSet(0, 100, 0, 1); // 检查值是否仍为 0，且版本号未变
3. AtomicIntegerFieldUpdater 更新对象字段
class User {
public volatile int age;
}
AtomicIntegerFieldUpdater<User> updater =
AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");
User user = new User();
updater.getAndIncrement(user); // 原子更新 age 字段
五、应用场景
- 计数器：如统计请求次数。
- 状态标志：如原子更新布尔状态。
- 对象引用更新：如单例模式的双重检查锁优化。
六、注意事项
- ABA 问题：在需要严格版本控制的场景，必须使用
AtomicStampedReference。 - 字段可见性：使用字段更新器时，字段必须声明为
public volatile。 - 性能权衡：高并发场景下，CAS 可能因自旋次数过多导致性能下降。
七、参考资料
• 《Java 并发编程的艺术》 • Oracle 官方文档：java.util.concurrent.atomic
通过合理使用原子类，可以显著提升多线程程序的性能和可维护性。
