java併發程式設計JUC第十二篇：AtomicInteger原子整型

字母哥部落格發表於2021-06-21
Java程式設計

AtomicInteger 類底層儲存一個int值，並提供方法對該int值進行原子操作。AtomicInteger 作為java.util.concurrent.atomic包的一部分，從Java 1.5開始引入。

1. AtomicInteger基礎用法

通過下文的AtomicInteger構造方法，可以建立一個AtomicInteger物件，該物件的初始值預設為0。AtomicInteger提供get和set方法，獲取底層int整數值，與設定int整數值

//初始值為0的atomicInteger物件
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();  
 
//初始值為200的atomicInteger物件
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(200);
 
int currentValue = atomicInteger.get();         //100
atomicInteger.set(2453);                        //現在的值是 2453

但是上面的方法，對於AtomicInteger而言並不是它的核心內容，AtomicInteger核心內容體現在它的原子性，我們下文介紹。

2. 什麼時候需要使用AtomicInteger

我們通常在以下的兩種場景下使用AtomicInteger

  1. 多執行緒併發場景下操作一個計數器，需要保證計數器操作的原子性。
  2. 進行數值比較，如果給定值與當前值相等，進行數值的更新操作，並實現操作的非阻塞演算法。

2.1. 原子計數器場景

把AtomicInteger作為一個計數器使用，AtomicInteger提供了若干方法進行加法、減法的原子操作。

比如從一個map裡面獲取值，用get()方法，這是第一個操作；獲取到值之後給這個值加上n，這是第二個操作；將進行過加法運算的值，再次放入map裡面是第三個操作。所謂操作的原子性是指：在多執行緒併發的場景下，上面的三個操作是原子性的，也就是不可分割的。不會出現A執行緒get了數值，B執行緒同時也get到了該數值，兩個執行緒同時為該值做運算並先後再次放入的情況，這種情況對於AtomicInteger而言是不會出現的，AtomicInteger操作是執行緒安全的、不可分割的。

  • addAndGet()- 將給定的值加到當前值上，並在加法後返回新值，並保證操作的原子性。
  • getAndAdd()- 將給定的值加到當前值上，並返回舊值，並保證操作的原子性。
  • incrementAndGet()- 將當前值增加1，並在增加後返回新值。它相當於++i操作，並保證操作的原子性。
  • getAndIncrement()- 將當前值增加1並返回舊值。相當於++i操作，並保證操作的原子性。
  • decrementAndGet()- 將當前值減去1，並在減去後返回新值，相當於i--操作，並保證操作的原子性。
  • getAndDecrement()- 將當前值減去1，並返回舊值。它相當於 --i操作，並保證操作的原子性。

下面是AtomicInteger原子性操作方法的例子

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //初始值為100的atomic Integer
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);
         
        System.out.println(atomicInteger.addAndGet(2));         //加2並返回102
        System.out.println(atomicInteger);                      //102
         
        System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(2));         //先獲取102，再加2
        System.out.println(atomicInteger);                      //104
         
        System.out.println(atomicInteger.incrementAndGet());    //加1再獲取105   
        System.out.println(atomicInteger);                      //105   
                 
        System.out.println(atomicInteger.getAndIncrement());    //先獲取105再加1
        System.out.println(atomicInteger);                      //106
         
        System.out.println(atomicInteger.decrementAndGet());    //減1再獲取105
        System.out.println(atomicInteger);                      //105
         
        System.out.println(atomicInteger.getAndDecrement());    //先獲取105，再減1
        System.out.println(atomicInteger);                      //104
    }
}

2.2. 數值比對及交換操作

compareAndSet操作將一個記憶體位置的內容與一個給定的值進行比較，只有當它們相同時，才會將該記憶體位置的內容修改為一個給定的新值。這個過程是以單個原子操作的方式完成的。

compareAndSet方法：如果當前值==預期值，則將值設定為給定的更新值。

boolean compareAndSet(int expect, int update)
  • expect是預期值
  • update是更新值

AtomicInteger compareAndSet() 方法的例子

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //初始值為100的atomic Integer
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);


        //當前值100 = 預期值100，所以設定atomicInteger=110
        boolean isSuccess = atomicInteger.compareAndSet(100,110);  
        System.out.println(isSuccess);      //輸出結果為true表示操作成功


        //當前值110 = 預期值100？不相等，所以atomicInteger仍然等於110
        isSuccess = atomicInteger.compareAndSet(100,120);  
        System.out.println(isSuccess);      //輸出結果為false表示操作失敗
    }
}

3. 總結

AtomicInteger可以幫助我們在不使用synchronized同步鎖的情況下，實現在多執行緒場景下int數值操作的執行緒安全，操作的原子性。並且使用AtomicInteger來實現int數值的原子操作，遠比使用synchronized同步鎖效率更高。
java.util.concurrent.atomic包不僅為我們提供了AtomicInteger，還提供了AtomicBoolean布林原子操作類、AtomicLong長整型布林原子操作類、AtomicReference物件原子操作類、AtomicIntegerArray整型陣列原子操作類、AtomicLongArray長整型陣列原子操作類、AtomicReferenceArray物件陣列原子操作類。

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