深入学习java源码之AtomicInteger.get()与AtomicInteger.incrementAndGet()

原创

wespten 2023-02-23 22:02:37 博主文章分类：Java源码 ©著作权

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深入学习java源码之AtomicInteger.get()与AtomicInteger.incrementAndGet()

为什么需要AtomicInteger原子操作类？

对于Java中的运算操作，例如自增或自减，若没有进行额外的同步操作，在多线程环境下就是线程不安全的。num++解析为num=num+1，明显，这个操作不具备原子性，多线程并发共享这个变量时必然会出现问题。

public class AtomicIntegerTest {
 
    private static final int THREADS_CONUT = 20;
    public static int count = 0;
 
    public static void increase() {
        count++;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[THREADS_CONUT];
        for (int i = 0; i < THREADS_CONUT; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                        increase();
                    }
                }
            });
            threads[i].start();
        }
 
        while (Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(count);
    }
}

这里运行了20个线程，每个线程对count变量进行1000此自增操作，如果上面这段代码能够正常并发的话，最后的结果应该是20000才对，但实际结果却发现每次运行的结果都不相同，都是一个小于20000的数字。

把上面的代码改造成AtomicInteger原子类型

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 
public class AtomicIntegerTest {
 
    private static final int THREADS_CONUT = 20;
    public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
 
    public static void increase() {
        count.incrementAndGet();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[THREADS_CONUT];
        for (int i = 0; i < THREADS_CONUT; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                        increase();
                    }
                }
            });
            threads[i].start();
        }
 
        while (Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(count);
    }
}

结果每次都输出20000，程序输出了正确的结果，这都归功于AtomicInteger.incrementAndGet()方法的原子性。

多线程

同步：多线程并发访问共享数据时，保证共享数据再同一时刻只被一个或一些线程使用。

我们知道，阻塞同步和非阻塞同步都是实现线程安全的两个保障手段，非阻塞同步对于阻塞同步而言主要解决了阻塞同步中线程阻塞和唤醒带来的性能问题，那什么叫做非阻塞同步呢？在并发环境下，某个线程对共享变量先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据那操作就成功；如果存在数据的争用冲突，那就才去补偿措施，比如不断的重试机制，直到成功为止，因为这种乐观的并发策略不需要把线程挂起，也就把这种同步操作称为非阻塞同步（操作和冲突检测具备原子性）。在硬件指令集的发展驱动下，使得 "操作和冲突检测" 这种看起来需要多次操作的行为只需要一条处理器指令便可以完成，这些指令中就包括非常著名的CAS指令（Compare-And-Swap比较并交换）。

深入学习java源码之AtomicInteger.get()与AtomicInteger.incrementAndGet()_java

incrementAndGet()方法在一个无限循环体内，不断尝试将一个比当前值大1的新值赋给自己，如果失败则说明在执行"获取-设置"操作的时已经被其它线程修改过了，于是便再次进入循环下一次操作，直到成功为止。这个便是AtomicInteger原子性的"诀窍"了，继续进源码看它的compareAndSet方法:

java源码

一个AtomicInteger用于诸如原子增量计数器的应用程序中，不能用作Integer的替代品。但是，这个类确实扩展了Number以允许通过处理基于数字类的工具和实用程序的统一访问。

Modifier and Type	Method and Description
`int`	`accumulateAndGet(int x, IntBinaryOperator` 使用将给定函数应用于当前值和给定值的结果原子更新当前值，返回更新后的值。
`int`	`addAndGet(int delta)` 将给定的值原子地添加到当前值。
`boolean`	`compareAndSet(int expect, int update)` 如果当前值 `==`为预期值，则将该值原子设置为给定的更新值。
`int`	`decrementAndGet()` 原子减1当前值。
`double`	`doubleValue()` 返回此值 `AtomicInteger`为 `double`一个宽元转换后。
`float`	`floatValue()` 返回此值 `AtomicInteger`为 `float`一个宽元转换后。
`int`	`get()` 获取当前值。
`int`	`getAndAccumulate(int x, IntBinaryOperator` 使用给定函数应用给当前值和给定值的结果原子更新当前值，返回上一个值。
`int`	`getAndAdd(int delta)` 将给定的值原子地添加到当前值。
`int`	`getAndDecrement()` 原子减1当前值。
`int`	`getAndIncrement()` 原子上增加一个当前值。
`int`	`getAndSet(int newValue)` 将原子设置为给定值并返回旧值。
`int`	`getAndUpdate(IntUnaryOperator` 用应用给定函数的结果原子更新当前值，返回上一个值。
`int`	`incrementAndGet()` 原子上增加一个当前值。
`int`	`intValue()` 将 `AtomicInteger`的值作为 `int` 。
`void`	`lazySet(int newValue)` 最终设定为给定值。
`long`	`longValue()` 返回此值 `AtomicInteger`为 `long`一个宽元转换后。
`void`	`set(int newValue)` 设置为给定值。
`String`	`toString()` 返回当前值的String表示形式。
`int`	`updateAndGet(IntUnaryOperator` 使用给定函数的结果原子更新当前值，返回更新的值。
`boolean`	`weakCompareAndSet(int expect, int update)` 如果当前值 `==`为预期值，则将值设置为给定更新值。

package java.util.concurrent.atomic;
import java.util.function.IntUnaryOperator;
import java.util.function.IntBinaryOperator;
import sun.misc.Unsafe;

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;

    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;

    static {
        try {
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

    private volatile int value;

    public AtomicInteger(int initialValue) {
        value = initialValue;
    }

    public AtomicInteger() {
    }

    public final int get() {
        return value;
    }

    public final void set(int newValue) {
        value = newValue;
    }

    public final void lazySet(int newValue) {
        unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);
    }

    public final int getAndSet(int newValue) {
        return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue);
    }

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

    public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

    public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

    public final int getAndDecrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1);
    }   
    
    public final int getAndAdd(int delta) {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
    }   
    
    public final int incrementAndGet() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
    }   
    
    public final int decrementAndGet() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1) - 1;
    }   
    
    public final int addAndGet(int delta) {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
    }   
    
    public final int getAndUpdate(IntUnaryOperator updateFunction) {
        int prev, next;
        do {
            prev = get();
            next = updateFunction.applyAsInt(prev);
        } while (!compareAndSet(prev, next));
        return prev;
    }   
    
    public final int updateAndGet(IntUnaryOperator updateFunction) {
        int prev, next;
        do {
            prev = get();
            next = updateFunction.applyAsInt(prev);
        } while (!compareAndSet(prev, next));
        return next;
    }   
    
    public final int getAndAccumulate(int x,
                                      IntBinaryOperator accumulatorFunction) {
        int prev, next;
        do {
            prev = get();
            next = accumulatorFunction.applyAsInt(prev, x);
        } while (!compareAndSet(prev, next));
        return prev;
    }   
    
    public final int accumulateAndGet(int x,
                                      IntBinaryOperator accumulatorFunction) {
        int prev, next;
        do {
            prev = get();
            next = accumulatorFunction.applyAsInt(prev, x);
        } while (!compareAndSet(prev, next));
        return next;
    }   
    
    public String toString() {
        return Integer.toString(get());
    }
    
    public int intValue() {
        return get();
    }   
    
    public long longValue() {
        return (long)get();
    }   
    
    public float floatValue() {
        return (float)get();
    }   
    
    public double doubleValue() {
        return (double)get();
    }

}

Modifier and Type	Method and Description
`byte`	`byteValue()` 返回指定号码作为值 `byte` ，这可能涉及舍入或截断。
`abstract double`	`doubleValue()` 返回指定数字的值为 `double` ，可能涉及四舍五入。
`abstract float`	`floatValue()` 返回指定数字的值为 `float` ，可能涉及四舍五入。
`abstract int`	`intValue()` 返回指定号码作为值 `int` ，这可能涉及舍入或截断。
`abstract long`	`longValue()` 返回指定数字的值为 `long` ，可能涉及四舍五入或截断。
`short`	`shortValue()` 返回指定号码作为值 `short` ，这可能涉及舍入或截断。

package java.lang;

public abstract class Number implements java.io.Serializable {

    public abstract int intValue();

    public abstract long longValue();

    public abstract float floatValue();

    public abstract double doubleValue();

    public byte byteValue() {
        return (byte)intValue();
    }

    public short shortValue() {
        return (short)intValue();
    }
    
    private static final long serialVersionUID = -8742448824652078965L;
}