java中的原子操作类AtomicInteger及其实现原理

2016年07月05日 22:40:23 春秋战国程序猿阅读数：16230 标签： java原子操作更多

        /**
       * 一，AtomicInteger 是如何实现原子操作的呢？
       *
       * 我们先来看一下getAndIncrement的源代码：
       *    public final int getAndIncrement() {
       *        for (;;) {
       *              int current = get(); // 取得AtomicInteger里存储的数值
       *            int next = current + 1; // 加1
       *            if (compareAndSet(current, next))   // 调用compareAndSet执行原子更新操作
       *                return current;
       *        }
       *    }
       *
       * 这段代码写的很巧妙：
       * 1，compareAndSet方法首先判断当前值是否等于current；
       * 2，如果当前值 = current ，说明AtomicInteger的值没有被其他线程修改；
       * 3，如果当前值 != current，说明AtomicInteger的值被其他线程修改了，这时会再次进入循环重新比较；
       *
       * 注意这里的compareAndSet方法，源代码如下：
       * public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
       *     return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
       * }
       *
       * 调用Unsafe来实现
       * private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
       *
       * 二，java提供的原子操作可以原子更新的基本类型有以下三个：
       *
       * 1，AtomicBoolean
       * 2，AtomicInteger
       * 3，AtomicLong
       *
       * 三，java提供的原子操作，还可以原子更新以下类型的值：
       *
       * 1，原子更新数组，Atomic包提供了以下几个类：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
       * 2，原子更新引用类型，也就是更新实体类的值，比如AtomicReference<User>
       * AtomicReference:原子更新引用类型的值
       * AtomicReferenceFieldUpdater:原子更新引用类型里的字段
       * AtomicMarkableReference:原子更新带有标记位的引用类型
       * 3，原子更新字段值
       * AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整形的字段的更新器
       * AtomicLongFieldUpdater:原子更新长整形的字段的更新器
       * AtomicStampedReference:原子更新带有版本号的引用类型的更新器
       *
       *

示例代码如下：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import sun.misc.Unsafe;
public class TestAtomic {
/**
* @param java中的原子操作类AtomicInteger
* @author yangcq
*
* 关于AtomicInteger的说明（来自官方文档注解）
* /**
* An {@code int} value that may be updated atomically. See the
* {@link java.util.concurrent.atomic} package specification for
* description of the properties of atomic variables. An
* {@code AtomicInteger} is used in applications such as atomically
* incremented counters, and cannot be used as a replacement for an
* {@link java.lang.Integer}. However, this class does extend
* {@code Number} to allow uniform access by tools and utilities that
* deal with numerically-based classes.
*
* @since 1.5
* @author Doug Lea
*/
public static void main(String[] args) {
// 初始值为1
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
System.out.println("--初始值atomicInteger = " + atomicInteger);
// 以原子方式将当前值加1，注意这里返回的是自增前的值
System.out.println("atomicInteger.getAndIncrement() = " + atomicInteger.getAndIncrement());
System.out.println("--自增后的 atomicInteger = " + atomicInteger);
// 以原子方式将当前值减1，注意这里返回的是自减前的值
System.out.println("atomicInteger.getAndIncrement() = " + atomicInteger.decrementAndGet());
System.out.println("--自减后的 atomicInteger = " + atomicInteger);
// 以原子方式将当前值与括号中的值相加，并返回结果
System.out.println("atomicInteger.getAndIncrement() = " + atomicInteger.addAndGet(10));
System.out.println("--自减后的 atomicInteger = " + atomicInteger);
// 如果输入的值等于预期的值，则以原子方式将该值设置成括号中的值
System.out.println("atomicInteger.getAndIncrement() = " + atomicInteger.compareAndSet(1, 2));
System.out.println("--自减后的 atomicInteger = " + atomicInteger);
System.out.println("atomicInteger.getAndIncrement() = " + atomicInteger.compareAndSet(11, 9999));
System.out.println("--自减后的 atomicInteger = " + atomicInteger);
/**
* 一，AtomicInteger 是如何实现原子操作的呢？
*
* 我们先来看一下getAndIncrement的源代码：
* public final int getAndIncrement() {
* for (;;) {
* int current = get(); // 取得AtomicInteger里存储的数值
* int next = current + 1; // 加1
* if (compareAndSet(current, next)) // 调用compareAndSet执行原子更新操作
* return current;
* }
* }
*
* 这段代码写的很巧妙：
* 1，compareAndSet方法首先判断当前值是否等于current；
* 2，如果当前值 = current ，说明AtomicInteger的值没有被其他线程修改；
* 3，如果当前值 != current，说明AtomicInteger的值被其他线程修改了，这时会再次进入循环重新比较；
*
* 注意这里的compareAndSet方法，源代码如下：
* public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
* return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
* }
*
* 调用Unsafe来实现
* private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
*
* 二，java提供的原子操作可以原子更新的基本类型有以下三个：
*
* 1，AtomicBoolean
* 2，AtomicInteger
* 3，AtomicLong
*
* 三，java提供的原子操作，还可以原子更新以下类型的值：
*
* 1，原子更新数组，Atomic包提供了以下几个类：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
* 2，原子更新引用类型，也就是更新实体类的值，比如AtomicReference<User>
* AtomicReference:原子更新引用类型的值
* AtomicReferenceFieldUpdater:原子更新引用类型里的字段
* AtomicMarkableReference:原子更新带有标记位的引用类型
* 3，原子更新字段值
* AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整形的字段的更新器
* AtomicLongFieldUpdater:原子更新长整形的字段的更新器
* AtomicStampedReference:原子更新带有版本号的引用类型的更新器
*
*
*/
}
}

四，AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整形的字段的更新器

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;
public class TestAtomicIntegerFieldUpdater {
/**
* @param AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整形的字段的更新器
* @author yangcq
*/
// 创建原子更新器，并设置需要更新的对象类和对象的属性
private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> atomicIntegerFieldUpdater
= AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age");
public static void main(String[] args) {
// 设置age的初始值为1000
User user = new User();
user.setUserName("yangcq");
user.setAge(1000);
// 原子更新引用数据类型的字段值
System.out.println(atomicIntegerFieldUpdater.getAndIncrement(user));
// 更新以后的值
System.out.println(atomicIntegerFieldUpdater.get(user));
}
//实体类User
public static class User{
private String userName;
public volatile int age;
// setter、getter方法
public String getUserName() {
return userName;
}
public void setUserName(String userName) {
this.userName = userName;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
}

五，java原子操作类在实际项目中的应用（java原子操作类的应用场景）

java原子操作类 AtomicInteger 在实际项目中的应用。HttpClientFacotryBean工厂会工作在多线程环境中，生成Httpclient，
就相当于建立HttpClient连接，通过工厂模式控制HttpClient连接，能够更好的管理HttpClient的生命周期。而我们使用java原子
操作类AtomicInteger来控制计数器，就是为了保证，在多线程的环境下，建立HttpClient连接不会出错，不会出现2个线程竞争一个
HttpClient连接的情况。

bean配置如下：
<bean id="Httpclient" name="httpclient" class="com.yangcq.initBean.HttpClientFacotryBean">
<property name="connectionManager" ref="connectionManagers" ></property>
<property name="map">
<map>
<entry key="http.socket.timeout" value="30000" />
<entry key="http.connection.timeout" value="30000" />
<entry key="http.conn-manager.timeout" value="6000" />
</map>
</property>
</bean>

java实现类：
import java.io.IOException;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import org.apache.http.HttpException;
import org.apache.http.HttpRequest;
import org.apache.http.HttpRequestInterceptor;
import org.apache.http.client.HttpClient;
import org.apache.http.conn.ClientConnectionManager;
import org.apache.http.conn.params.ConnManagerPNames;
import org.apache.http.conn.params.ConnManagerParamBean;
import org.apache.http.impl.client.DefaultHttpClient;
import org.apache.http.params.BasicHttpParams;
import org.apache.http.params.CoreConnectionPNames;
import org.apache.http.params.HttpConnectionParamBean;
import org.apache.http.params.HttpParams;
import org.apache.http.protocol.HttpContext;
import org.apache.log4j.Logger;
import org.springframework.beans.factory.BeanInitializationException;
import org.springframework.beans.factory.DisposableBean;
import org.springframework.beans.factory.FactoryBean;
import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;
/**
* 在容器启动时注入connectionManager，然后初始化httpClient
* 主要参数：
* CONNECTION_TIMEOUT : 连接主机超时时间设置
* SO_TIMEOUT : 读取主机数据超时时间设置
* TIMEOUT : 获取连接超时时间
*/
public class HttpClientFacotryBean implements FactoryBean,InitializingBean,DisposableBean {
private static final Logger logger = Logger.getLogger(HttpClientFacotryBean.class);
private DefaultHttpClient httpClient;
private ClientConnectionManager clientConnectionManager = null;
private Map map = null;
//设置httpClient超时参数
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
if (null == clientConnectionManager) {
throw new BeanInitializationException("The connection manager must be set in " + this.getClass().getName() + "...");
}
HttpParams httpParams = new BasicHttpParams();
if (null != map) {
HttpConnectionParamBean httpConnectionParamBean = new HttpConnectionParamBean(httpParams);
String connectionTimeout = (String) map.get(CoreConnectionPNames.CONNECTION_TIMEOUT);
if (null != connectionTimeout)
httpConnectionParamBean.setConnectionTimeout(Integer.parseInt(connectionTimeout));
String soTimeout = (String) map.get(CoreConnectionPNames.SO_TIMEOUT);
if (null != connectionTimeout)
httpConnectionParamBean.setSoTimeout(Integer.parseInt(soTimeout));
ConnManagerParamBean connManagerParamBean = new ConnManagerParamBean(httpParams);
String timeout = (String) map.get(ConnManagerPNames.TIMEOUT);
if (null != timeout)
connManagerParamBean.setTimeout(Long.parseLong(timeout));
}
this.httpClient = new DefaultHttpClient(clientConnectionManager, httpParams);
this.httpClient.addRequestInterceptor(new HttpRequestInterceptor() {
public void process(final HttpRequest request,final HttpContext context) throws HttpException,IOException {
AtomicInteger count = (AtomicInteger) context.getAttribute("count"); // 从HttpContext中获取计数器count
if (null == count) {
count = new AtomicInteger(1); // 如果计数器为空，则初始化值为1
context.setAttribute("count", count); // 放到context中
}
request.addHeader("Count", Integer.toString(count.getAndIncrement())); // 把计数器放到request请求中
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("\n=====这是第 " + count + " 次连接=====\n");
}
}
});
}
public void destroy() throws Exception {
if (null != params)
map.clear();
if (null != clientConnectionManager)
clientConnectionManager.closeExpiredConnections();
}
public ClientConnectionManager getConnectionManager() {
return clientConnectionManager;
}
public Map getParams() {
return map;
}
public void setConnectionManager(ClientConnectionManager clientConnectionManager) {
this.clientConnectionManager = clientConnectionManager;
}
public void setParams(Map map) {
this.map = map;
}
public Object getObject() throws Exception {
return this.httpClient;
}
public Class getObjectType() {
return HttpClient.class;
}
public boolean isSingleton() {
return false;
}
}

java中的原子操作类AtomicInteger及其实现原理

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