河北网站建设案例,推销产品什么网站好,邢台千度网络科技有限公司,微信开放平台是干嘛的Java并发编程利器#xff1a;原子类#xff08;java.util.concurrent.atomic#xff09;深度解析 在多线程开发的战场上#xff0c;线程安全和高性能如同鱼与熊掌不可兼得#xff1f;原子类的出现彻底打破了这个魔咒#xff01;本文深入剖析Java原子类的核心原理、分类使…Java并发编程利器原子类java.util.concurrent.atomic深度解析 在多线程开发的战场上线程安全和高性能如同鱼与熊掌不可兼得原子类的出现彻底打破了这个魔咒本文深入剖析Java原子类的核心原理、分类使用和实战场景助你彻底掌握这把并发编程的瑞士军刀 一、为什么需要原子类
当多个线程同时读写共享变量时经典问题便会产生
// 线程不安全的计数器
public class UnsafeCounter {private int count 0;// 多线程调用时结果不可预测public void increment() {count;}
}传统解决方案
synchronized 重量级锁线程阻塞导致性能暴跌volatile 仅保证可见性不保证复合操作的原子性
原子类的破局通过CPU硬件的CAS指令实现无锁并发性能碾压传统方案 二、揭秘原子类的心脏CAS机制 ❤️
CASCompare-And-Swap 是原子类的底层核心其伪代码如下
public boolean cas(int expected, int newValue) {if(当前值 expected) {当前值 newValue;return true;}return false;
}硬件级支持
x86架构CMPXCHG指令ARM架构LDREX/STREX指令 CAS在Java中的体现Unsafe.compareAndSwapXXX()方法JDK内部使用 三、原子类家族全图鉴
类别代表类特点说明基本类型AtomicIntegerAtomicLongAtomicBoolean原子更新基本类型引用类型AtomicReferenceAtomicStampedReferenceAtomicMarkableReference解决ABA问题带版本号/标记位数组类型AtomicIntegerArrayAtomicReferenceArray原子更新数组元素字段更新器AtomicIntegerFieldUpdaterAtomicReferenceFieldUpdater直接操作对象字段累加器LongAdderLongAccumulatorJDK8高并发优化 四、五大类型实战详解
1. 基本类型三剑客
// 1.1 原子整型
AtomicInteger count new AtomicInteger(0);
count.incrementAndGet(); // i - 1
count.addAndGet(5); // 5 - 6
count.updateAndGet(x - x*2); // 函数式更新 - 12// 1.2 原子布尔
AtomicBoolean flag new AtomicBoolean(true);
flag.compareAndSet(true, false); // CAS更新// 1.3 原子长整型
AtomicLong memoryUsed new AtomicLong();
memoryUsed.getAndAdd(1024); // 增加内存统计2. 引用类型解决ABA问题
// 2.1 基础引用
AtomicReferenceString ref new AtomicReference(A);
ref.compareAndSet(A, B);// 2.2 带版本戳解决ABA问题
AtomicStampedReferenceString stampedRef new AtomicStampedReference(A, 0);
int[] stamp new int[1];
String oldVal stampedRef.get(stamp);// 更新时检查版本
stampedRef.compareAndSet(A, B, stamp[0], stamp[0]1);3. 数组类型并发安全数组
// 3.1 原子整型数组
AtomicIntegerArray scores new AtomicIntegerArray(10);
scores.incrementAndGet(0); // 第0个元素1// 3.2 引用数组
AtomicReferenceArrayString messages new AtomicReferenceArray(100);
messages.set(0, Hello);4. 字段更新器性能优化利器
class User {volatile int age; // 必须volatile
}User user new User();
// 获取字段更新器
AtomicIntegerFieldUpdaterUser updater AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, age);updater.incrementAndGet(user); // 原子更新age字段⚠️ 注意字段必须是volatile且非static 5. 高并发累加器JDK8
// 5.1 长整型累加器优于AtomicLong
LongAdder totalBytes new LongAdder();
totalBytes.add(1024); // 并发写性能高
long sum totalBytes.sum(); // 非原子快照值// 5.2 自定义累加器
LongAccumulator maxScore new LongAccumulator(Long::max, 0);
maxScore.accumulate(90); // 记录最大值五、原子类性能天梯榜
通过JMH压测ops/ms越大越好
操作synchronizedAtomicLongLongAdder单线程累加1252402204线程累加4511285016线程累加8634200
结论
低竞争AtomicLong更优高并发LongAdder性能碾压 六、原子类经典应用场景 全局计数器 // 百万级QPS的访问计数器
AtomicLong pageViews new AtomicLong();
// 访问时调用
pageViews.incrementAndGet();状态标志控制 // 轻量级系统开关
AtomicBoolean systemOn new AtomicBoolean(true);
if(systemOn.compareAndSet(true, false)) {// 安全关闭系统
}无锁栈/队列 // 无锁栈实现部分代码
class LockFreeStackT {AtomicReferenceNodeT top new AtomicReference();void push(T item) {NodeT newNode new Node(item);NodeT oldTop;do {oldTop top.get();newNode.next oldTop;} while (!top.compareAndSet(oldTop, newNode));}
}ID生成器 class IdGenerator {private final AtomicLong id new AtomicLong(0);public long nextId() {return id.getAndIncrement();}
}七、避坑指南 ⚠️ ABA问题 现象值A→B→ACAS无法感知解决使用AtomicStampedReference 循环时间长 现象高竞争下CAS失败重试优化用LongAdder替代计数器 复合操作 限制只能保证单一操作原子性 // 非原子操作示例
AtomicInteger value new AtomicInteger(10);
if(value.get() 0) {value.decrementAndGet(); // 非原子组合
}解决加锁或AtomicIntegerFieldUpdater 八、与锁的性能对比
测试环境16线程1000万次累加
方案耗时(ms)CPU占用synchronized3200100%ReentrantLock185095%AtomicLong62075%LongAdder5865% 原子类的性能优势在高并发下指数级增长 九、最佳实践总结 ✨
简单原子操作优先选AtomicInteger/Long高并发计数必用LongAdder对象字段更新考虑AtomicXXXFieldUpdaterABA敏感场景务必用AtomicStampedReference复合操作搭配synchronized或Lock 原子类不是万能钥匙但它是高并发工具箱中最锋利的一把合理使用可使性能提升10倍以上 彩蛋JDK12新增的AtomicInteger#weakCompareAndSet方法使用plain内存语义在特定场景下性能更高但需谨慎使用 动手实战尝试用AtomicReference实现一个无锁队列欢迎在评论区分享你的代码
