Java原子操作

　　Java 原子类包括以下几种类型：  AtomicBoolean：原子布尔类型，提供原子性的读取和设置操作。  AtomicInteger：原子整数类型，提供原子性的读取、设置、增加、减少、比较和交换操作。  AtomicLong：原子长整型，提供原子性的读取、设置、增加、减少、比较和交换操作。  AtomicIntegerArray：原子整数数组，提供原子性的数组元素读取、设置、增加、减少、比较和交换操作。  AtomicLongArray：原子长整型数组，提供原子性的数组元素读取、设置、增加、减少、比较和交换操作。  AtomicReference：原子引用类型，提供原子性的引用读取和设置操作。  AtomicStampedReference：带时间戳的原子引用类型，可以避免 ABA 问题。  AtomicMarkableReference：带标记位的原子引用类型，可以用于标记某个对象是否被删除等。  AtomicInteger 原理
　　AtomicInteger 是 Java 并发包中提供的一个原子类，用于实现原子性操作的整型变量。它的原理是利用了 CPU 提供的原子性操作指令，通过 CAS（Compare and Swap）算法实现原子性操作。
　　CAS 算法是一种无锁算法，通过比较当前内存地址的值与期望值是否相等，如果相等则将新的值写入该内存地址，否则不做任何操作。CAS 算法的基本操作包括三个参数：内存地址 V、期望值 A 和新值 B。如果 V 的值等于 A，则将 V 的值修改为 B，否则不做任何操作。CAS 算法的实现通常由硬件层面提供支持，可以保证原子性操作的高效性和正确性。
　　在 AtomicInteger 类中，原子性操作的实现就是利用了 CAS 算法。例如，对于 AtomicInteger 的 incrementAndGet() 方法，其实现大致如下：
　　1. 获取当前 AtomicInteger 的值 value。
　　2. 将 value 和 1 相加，得到新的值 newValue。
　　3. 利用 CAS 算法，将内存地址 V 的值与期望值 A（即原来的 value）比较，如果相等，则将 V 的值修改为新值 B（即 newValue），并返回修改后的值。
　　4. 如果 CAS 操作失败，则重新执行步骤 1 到 3，直到 CAS 操作成功为止。
　　通过这种方式，AtomicInteger 类可以实现原子性的自增、自减、比较和交换等操作，避免了多线程环境下的数据竞争问题。同时，由于 CAS 算法是一种无锁算法，因此可以避免了锁的开销和竞争带来的性能损失，具有较好的性能和可伸缩性。AutomicInteger 源码详解
　　AtomicInteger 是 Java 中用于实现原子性操作的类之一，其源码主要包含以下几个方面：value：AtomicInteger 的内部整型变量，使用 volatile 关键字来保证多线程环境下的可见性和有序性。private volatile int value;AtomicInteger()：AtomicInteger 的无参构造方法，用于初始化 value 的值为 0。public AtomicInteger() {     this(0); }AtomicInteger(int initialValue)：AtomicInteger 的有参构造方法，用于初始化 value 的值为指定的初始值。public AtomicInteger(int initialValue) {     value = initialValue; }get()：获取当前 AtomicInteger 的值。public final int get() {     return value; }set(int newValue)：设置当前 AtomicInteger 的值为指定的新值。public final void set(int newValue) {     value = newValue; }compareAndSet(int expect, int update)：比较并设置当前 AtomicInteger 的值。如果当前值等于期望值 expect，则将当前值修改为新值 update，返回 true；否则不做任何操作，返回 false。public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {     return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); }getAndSet(int newValue)：设置当前 AtomicInteger 的值为指定的新值，并返回修改前的值。public final int getAndSet(int newValue) {     return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue); }getAndIncrement()：原子性自增操作，将当前 AtomicInteger 的值加 1，并返回自增前的值。public final int getAndIncrement() {     return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); }getAndDecrement()：原子性自减操作，将当前 AtomicInteger 的值减 1，并返回自减前的值。public final int getAndDecrement() {     return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1); }incrementAndGet()：原子性自增操作，将当前 AtomicInteger 的值加 1，并返回自增后的值。public final int incrementAndGet() {     return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; }decrementAndGet()：原子性自减操作，将当前 AtomicInteger 的值减 1，并返回自减后的值。public final int decrementAndGet() {     return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1) - 1; }
　　以上是 AtomicInteger 类的主要方法和字段，它们都是基于 CAS（Compare and Swap）算法实现的，保证了在多线程环境下的原子性操作。原子数组AtomicIntegerArray 原理
　　AtomicIntegerArray 是 Java 并发包中提供的一个原子操作类，可以实现对整型数组的原子操作。它的原理是通过底层调用 sun.misc.Unsafe 类的方法来实现对数组元素的 CAS 操作，从而保证多线程并发访问时的数据安全。
　　具体来说，AtomicIntegerArray 中的核心方法包括 get、set、getAndAdd、getAndIncrement、getAndDecrement、getAndSet 和 compareAndSet 等。其中，get 和 set 方法分别用于获取和设置指定下标的数组元素的值，它们不涉及原子操作；getAndAdd、getAndIncrement、getAndDecrement 和 getAndSet 方法则是进行原子操作的方法，它们都是通过 do-while 循环不断尝试 CAS 操作，直到成功为止，然后返回旧值；compareAndSet 方法是进行原子操作的核心方法，它使用 Unsafe 类的 compareAndSwapInt() 方法来实现 CAS 操作，如果操作成功则返回 true，否则返回 false。
　　为了实现对数组元素的 CAS 操作，AtomicIntegerArray 中使用了 sun.misc.Unsafe 类的一些方法，包括 compareAndSwapInt、arrayBaseOffset 和 arrayIndexScale 等。其中，compareAndSwapInt 方法是用于实现 CAS 操作的方法，它的作用是比较指定位置的数组元素的值是否等于期望值，如果相等则将其设为新值，返回操作是否成功的布尔值；arrayBaseOffset 和 arrayIndexScale 方法则是用于计算数组元素的地址偏移量的方法，它们分别返回数组在内存中的基地址和元素之间的偏移量，从而可以计算出数组元素在内存中的地址偏移量，方便进行 CAS 操作。
　　总之，AtomicIntegerArray 的原理是通过底层调用 Unsafe 类的方法实现对整型数组的原子操作，从而保证多线程并发访问时的数据安全。  AtomicIntegerArray 源码解析public class AtomicIntegerArray implements java.io.Serializable {     private static final long serialVersionUID = 2862133569453604235L;      // 数组元素，使用 volatile 修饰以保证内存可见性     private final int[] array;      // 构造方法，将传入的数组复制一份作为 AtomicIntegerArray 的数组元素     public AtomicIntegerArray(int length) {         array = new int[length];     }      // 构造方法，将传入的数组复制一份作为 AtomicIntegerArray 的数组元素     public AtomicIntegerArray(int[] array) {         this.array = array.clone();     }      // 获取指定下标的数组元素的值     public final int get(int i) {         return array[i];     }      // 设置指定下标的数组元素的值     public final void set(int i, int newValue) {         array[i] = newValue;     }      // 获取指定下标的数组元素的值，并将其加上指定的 delta 值     public final int getAndAdd(int i, int delta) {         // do-while 循环，直到 CAS 成功为止         int oldValue;         do {             oldValue = get(i); // 获取当前值         } while (!compareAndSet(i, oldValue, oldValue + delta)); // 比较并交换，如果失败则继续循环         return oldValue; // 返回旧值     }      // 获取指定下标的数组元素的值，并将其加上 1     public final int getAndIncrement(int i) {         return getAndAdd(i, 1);     }      // 获取指定下标的数组元素的值，并将其减去 1     public final int getAndDecrement(int i) {         return getAndAdd(i, -1);     }      // 获取指定下标的数组元素的值，并将其设为指定的 newValue 值     public final int getAndSet(int i, int newValue) {         // do-while 循环，直到 CAS 成功为止         int oldValue;         do {             oldValue = get(i); // 获取当前值         } while (!compareAndSet(i, oldValue, newValue)); // 比较并交换，如果失败则继续循环         return oldValue; // 返回旧值     }      // 比较指定下标的数组元素的值是否等于 expect，如果相等则将其设为 update     public final boolean compareAndSet(int i, int expect, int update) {         // 使用 unsafe.compareAndSwapInt() 方法实现 CAS 操作         return unsafe.compareAndSwapInt(array, byteOffset(i), expect, update);     }      // 获取数组元素在数组中的偏移量（即下标乘以元素大小）     private static int byteOffset(int i) {         return i << 2; // 相当于 i * 4     }      // 获取 Unsafe 实例，用于实现 CAS 操作     private static final sun.misc.Unsafe unsafe = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();     private static final long base = unsafe.arrayBaseOffset(int[].class);     private static final long shift;      static {         int scale = unsafe.arrayIndexScale(int[].class);         if ((scale & (scale - 1)) != 0) {             throw new Error(＂data type scale not a power of two＂);         }         shift = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale);     }      // 计算数组元素在内存中的地址偏移量     private static long calcLongOffset(int i) {         return ((long) i << shift) + base;     } }原子更新器AtomicLongFieldUpdater原理
　　AtomicLongFieldUpdater 是 Java 并发包中提供的一种工具类，用于实现对某个对象的 long 类型字段的原子操作。它可以让我们利用原子性操作实现对共享变量的高效访问，避免使用锁机制带来的性能损耗和死锁问题。
　　AtomicLongFieldUpdater 的实现原理是利用反射机制和 CAS（Compare-And-Swap）操作实现对共享变量的原子操作。具体来说，AtomicLongFieldUpdater 类通过反射机制访问对象的 long 类型字段，然后调用 Unsafe 类的 compareAndSwapLong 方法，实现对字段的原子操作。
　　CAS 操作是一种原子性操作，它可以保证多线程并发访问时的数据安全。CAS 操作的基本思想是，先获取共享变量的当前值，然后比较这个值是否等于期望值，如果相等，则将共享变量的值设为新值，否则不做任何操作。如果多个线程同时尝试对同一个共享变量进行 CAS 操作，只有一个线程能够成功，其他线程将会失败，需要重新尝试。
　　AtomicLongFieldUpdater 利用 CAS 操作实现了对共享变量的原子操作。例如，可以通过 AtomicLongFieldUpdater 对某个类的 long 类型字段进行原子操作，而不需要使用锁机制。
　　需要注意的是，使用 AtomicLongFieldUpdater 操作字段时，要求该字段必须是 volatile 类型的，否则可能会出现数据不一致的问题。
　　总之，AtomicLongFieldUpdater 是 Java 并发包中提供的一种工具类，它利用反射机制和 CAS 操作实现对某个对象的 long 类型字段的原子操作，可以提高多线程并发访问的性能和安全性。AtomicLongFieldUpdater源码分析public abstract class AtomicLongFieldUpdater {     // 获取一个对象的 long 类型字段的值     public abstract long get(T obj);      // 设置一个对象的 long 类型字段的值     public abstract void set(T obj, long newValue);      // 比较并设置一个对象的 long 类型字段的值，如果当前值等于期望值，则设置为新值     public abstract boolean compareAndSet(T obj, long expect, long update);      // 弱化版的 compareAndSet，不保证成功设置字段值，但执行效率更高     public abstract boolean weakCompareAndSet(T obj, long expect, long update);      // 对一个对象的 long 类型字段进行增加操作，并返回新的值     public abstract long getAndAdd(T obj, long delta);      // 对一个对象的 long 类型字段进行增加操作，并返回新的值     public abstract long addAndGet(T obj, long delta);      // 创建一个 AtomicLongFieldUpdater 实例，用于更新指定类的指定字段     public static  AtomicLongFieldUpdater newUpdater(Class tclass, String fieldName) {         // 参数校验         if (tclass == null || fieldName == null) {             throw new NullPointerException();         }          // 获取字段的反射对象         final Field field;         try {             field = tclass.getDeclaredField(fieldName);             if (!Modifier.isVolatile(field.getModifiers())) {                 throw new IllegalArgumentException(＂Must be volatile＂);             }             Class<?> fieldType = field.getType();             if (fieldType != long.class) {                 throw new IllegalArgumentException(＂Must be long type＂);             }         } catch (Exception ex) {             throw new RuntimeException(ex);         }          // 创建 AtomicLongFieldUpdaterImpl 实例         return new AtomicLongFieldUpdaterImpl(field);     } }class AtomicLongFieldUpdaterImpl extends AtomicLongFieldUpdater {     // 字段的偏移量     private final long offset;      // 构造方法，通过反射获取字段的偏移量     AtomicLongFieldUpdaterImpl(Field field) {         // 参数校验         if (!Modifier.isVolatile(field.getModifiers())) {             throw new IllegalArgumentException(＂Must be volatile＂);         }         Class<?> fieldType = field.getType();         if (fieldType != long.class) {             throw new IllegalArgumentException(＂Must be long type＂);         }          // 获取字段的偏移量         this.offset = unsafe.objectFieldOffset(field);     }      // 获取一个对象的 long 类型字段的值     public long get(T obj) {         return unsafe.getLongVolatile(obj, offset);     }      // 设置一个对象的 long 类型字段的值     public void set(T obj, long newValue) {         unsafe.putLongVolatile(obj, offset, newValue);     }      // 比较并设置一个对象的 long 类型字段的值，如果当前值等于期望值，则设置为新值     public boolean compareAndSet(T obj, long expect, long update) {         return unsafe.compareAndSwapLong(obj, offset, expect, update);     }      // 弱化版的 compareAndSet，不保证成功设置字段值，但执行效率更高     public boolean weakCompareAndSet(T obj, long expect, long update) {         return unsafe.compareAndSwapLong(obj, offset, expect, update);     }      // 对一个对象的 long 类型字段进行增加操作，并返回新的值     public long getAndAdd(T obj, long delta) {         long current, next;         do {             current = get(obj);             next = current + delta;         } while (!compareAndSet(obj, current, next));         return current;     }      // 对一个对象的 long 类型字段进行增加操作，并返回新的值     public long addAndGet(T obj, long delta) {         long current, next;         do {             current = get(obj);             next = current + delta;         } while (!compareAndSet(obj, current, next));         return next;     } }
　　AtomicLongFieldUpdater 是一个抽象类，用于实现对某个对象的 long 类型字段的原子操作。该类的主要方法包括 get、set、compareAndSet、weakCompareAndSet、addAndGet 和 getAndAdd 等，通过反射机制和 Unsafe 类实现对共享变量的原子操作。
　　小结：
　　小心这些原子类中的set和get方法。没有使用cas就不保证原子性了，只能保证可见性和有序性。