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Java線程:Atomic的含義及示例

Atomic概念

計算機中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思。如果一段代碼被認為是Atomic,則表示這段代碼在執行過程中,是不能被中斷的。通常來說,原子指令由硬件提供,供軟件來實現原子方法(某個線程進入該方法後,就不會被中斷,直到其執行完成)

在x86 平台上,CPU提供了在指令執行期間對總線加鎖的手段。CPU芯片上有一條引線#HLOCK pin,如果匯編語言的程序中在一條指令前面加上前綴"LOCK",經過匯編以後的機器代碼就使CPU在執行這條指令的時候把#HLOCK pin的電位拉低,持續到這條指令結束時放開,從而把總線鎖住,這樣同一總線上別的CPU就暫時不能通過總線訪問內存了,保證了這條指令在多處理器環境中的原子性

JDk中的java.util.concurrent.atomic

基本的特性就是在多線程環境下,當有多個線程同時執行這些類的實例包含的方法時,具有排他性,即當某個線程進入方法,執行其中的指令時,不會被其他線程打斷,而別的線程就像自旋鎖一樣,一直等到該方法執行完成,才由JVM從等待隊列中選擇一個另一個線程進入,這只是一種邏輯上的理解。實際上是借助硬件的相關指令來實現的,不會阻塞線程(或者說只是在硬件級別上阻塞了)。

其中的類可以分成4組

AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference

AtomicIntegerArray,AtomicLongArray

AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicReferenceFieldUpdater

AtomicMarkableReference,AtomicStampedReference,AtomicReferenceArray

Atomic類的作用

使得讓對單一數據的操作,實現了原子化

使用Atomic類構建復雜的,無需阻塞的代碼

訪問對2個或2個以上的atomic變量(或者對單個atomic變量進行2次或2次以上的操作)通常認為是需要同步的,以達到讓這些操作能被作為一個原子單元。

2.1 AtomicBoolean , AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference

這四種基本類型用來處理布爾,整數,長整數,對象四種數據。

構造函數(兩個構造函數)

默認的構造函數:初始化的數據分別是false,0,0,null

帶參構造函數:參數為初始化的數據

set( )和get( )方法:可以原子地設定和獲取atomic的數據。類似於volatile,保證數據會在主存中設置或讀取

getAndSet( )方法

原子的將變量設定為新數據,同時返回先前的舊數據

其本質是get( )操作,然後做set( )操作。盡管這2個操作都是atomic,但是他們合並在一起的時候,就不是atomic。在Java的源程序的級別上,如果不依賴synchronized的機制來完成這個工作,是不可能的。只有依靠native方法才可以。

compareAndSet( ) 和weakCompareAndSet( )方法

這兩個方法都是conditional modifier方法。這2個方法接受2個參數,一個是期望數據(expected),一個是新數據(new);如果atomic裡面的數據和期望數據一致,則將新數據設定給atomic的數據,返回true,表明成功;否則就不設定,並返回false。

對於AtomicInteger、AtomicLong還提供了一些特別的方法。getAndIncrement( )、incrementAndGet( )、getAndDecrement( )、decrementAndGet ( )、addAndGet( )、getAndAdd( )以實現一些加法,減法原子操作。(注意 --i、++i不是原子操作,其中包含有3個操作步驟:第一步,讀取i;第二步,加1或減1;第三步:寫回內存)

代碼示例

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       
        Test test = new Test();
        test.testAtomicBoolean();
    }
   
    private  AtomicBoolean wakeupPending = new AtomicBoolean(false);
    private  AtomicBoolean initialized = new AtomicBoolean(false);
   
    public void testAtomicBoolean() throws InterruptedException{
        // 實現只有一個線程在運行
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        service.execute(new Worker("aa"));
        service.execute(new Worker("bb"));
        service.execute(new Worker("cc"));
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    }
   
    private class Worker implements Runnable {
        private String name;
 
        public Worker(String name) {
            this.name = name;
            init();
        }
 
        public void init() {
            if (initialized.compareAndSet(false, true)) {
                System.out.println("實現只初始化一次的功能");
            }
        }
 
        public void run() {
            while (true) {
                if (wakeupPending.compareAndSet(false, true)) {
                    System.out.println(name + " enter");
                    System.out.println(name + " working");
                    System.out.println(name + " leave");
                    try {
                        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    wakeupPending.set(false);
                } else {
                    // System.out.println(name + " give up");
                }
            }
        }
    }
}

Java多線程從簡單到復雜 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-07/104435.htm

Java多線程經典案例 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-06/103458.htm

Java多線程:ReentrantReadWriteLock讀寫鎖的使用 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-06/103457.htm

Java內存映射文件實現多線程下載 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/102201.htm

Java多線程:一道阿裡面試題的分析與應對 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-03/98715.htm

Java中兩種實現多線程方式的對比分析 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-12/93690.htm

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