java 原子引用

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mob64ca12e86bd4 2023-08-18 10:30:26 ©著作权

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Java 原子引用

在并发编程中，多线程之间共享数据是一项常见的任务。然而，当多个线程同时访问和修改同一个数据时，可能会发生竞争条件（Race Condition）和数据不一致性问题。为了解决这些问题，Java 提供了一些原子类（Atomic Class）来确保多线程之间的安全操作。其中之一就是原子引用（Atomic Reference）。

原子引用是一种特殊的原子类，它可以确保对于引用类型数据的原子性操作。Java 中的原子引用类是 AtomicReference，它提供了一些原子操作方法，如 compareAndSet()、getAndSet() 等。

为什么需要原子引用？

在多线程环境下，如果多个线程同时读写同一个引用类型的变量，可能会导致数据不一致的问题。例如，一个线程正在读取一个对象的属性值时，另一个线程可能同时修改了该属性的值，这样读取到的值就不是期望的结果了。

为了解决这个问题，可以使用锁（synchronized）或者 volatile 关键字来保证多线程之间的可见性和有序性。然而，锁会带来性能开销，并且容易引发死锁和饥饿等问题。而 volatile 关键字只能保证可见性，无法解决原子性问题。

因此，为了在多线程环境下安全地操作引用类型的数据，我们可以使用原子引用。

原子引用的使用示例

下面我们来看一个使用原子引用的示例。假设有一个账户类 Account，其中包含账户的余额 balance 属性。我们需要实现一个线程安全的转账方法 transfer()，使用原子引用可以很方便地实现。

首先，我们定义一个 Account 类：

public class Account {
    private String owner;
    private AtomicReference<BigDecimal> balance;

    public Account(String owner, BigDecimal balance) {
        this.owner = owner;
        this.balance = new AtomicReference<>(balance);
    }

    public String getOwner() {
        return owner;
    }

    public BigDecimal getBalance() {
        return balance.get();
    }

    public void setBalance(BigDecimal balance) {
        this.balance.set(balance);
    }
}

在 Account 类中，我们使用 AtomicReference 来保证对于余额属性的原子操作。

接下来，我们定义一个转账类 Transfer，其中包含一个 transfer() 方法：

public class Transfer {
    public static void transfer(Account from, Account to, BigDecimal amount) {
        while (true) {
            BigDecimal fromBalance = from.getBalance();
            if (fromBalance.compareTo(amount) < 0) {
                throw new IllegalArgumentException("Insufficient balance");
            }

            if (from.balance.compareAndSet(fromBalance, fromBalance.subtract(amount))) {
                to.balance.set(to.balance.get().add(amount));
                break;
            }
        }
    }
}

在 transfer() 方法中，我们首先读取转出账户的余额，如果余额小于转账金额，则抛出异常。接着，我们使用 compareAndSet() 方法来原子地更新转出账户的余额，如果更新成功，则同时更新转入账户的余额。

接下来，我们创建两个账户，并进行转账操作：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account account1 = new Account("Alice", new BigDecimal("1000"));
        Account account2 = new Account("Bob", new BigDecimal("500"));

        Transfer.transfer(account1, account2, new BigDecimal("100"));

        System.out.println(account1.getBalance());  // Output: 900
        System.out.println(account2.getBalance());  // Output: 600
    }
}

在上面的示例中，我们使用原子引用实现了线程安全的转账操作。即使多个线程同时访问和修改同一个账户的余额，也不会导致数据不一致的问题。