33.AtomicInteger原子整数

Leefs 2022-11-05 PM 669℃ 0条

[TOC]

### 前言

AtomicInteger 类底层存储一个int值，并提供方法对该int值进行原子操作。AtomicInteger 作为`java.util.concurrent.atomic`包的一部分，从Java 1.5开始引入。

接下来我们先从三个问题入手，对AtomicInteger概念有一个基本的了解。

### 一、概述

**（1）什么是原子操作呢？**

所谓原子操作，就是一个独立且不可分割的操作。AtomicInteger 工具类提供了对整数操作的原子封装。

**（2）为什么要对整数操作进行原子封装呢？**

在 java 中，当我们在多线程情况下，对一个整型变量做加减操作时，如果不加任何的多线程并发控制，大概率会出现线程安全问题，也就是说当多线程同时操作一个整型变量的增减时，会出现运算结果错误的问题。AtomicInteger 工具类就是为了**简化整型变量的同步处理**而诞生的。

**（3）什么场景下需要使用AtomicInteger？**

+ 多线程并发场景下操作一个计数器，需要保证计数器操作的原子性。
+ 进行数值比较，如果给定值与当前值相等，进行数值的更新操作，并实现操作的非阻塞算法。

### 二、AtomicInteger基础用法

通过`AtomicInteger`构造方法，可以创建一个`AtomicInteger`对象，该对象的初始值默认为0。`AtomicInteger`提供get和set方法，获取底层int整数值，与设置int整数值。

```java
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * Created by lilinchao
 * Date 2022/11/5
 * Description AtomicInteger基本用法
 */
public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        //首先创建一个AtomicInteger对象
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
        //在操作之前先赋值,如果不显示赋值则默认为0,就像 int 型变量使用前做初始化赋值一样。
        atomicInteger.set(100);

// 之后可以调用各种方法进行增减操作
        // 获取当前值
        System.out.println(atomicInteger.get());
        // 先获取当前值，之后再对原值加100,返回之前的旧值
        System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(100));
        // 先获取当前值，之后再对原值减1,返回旧值
        System.out.println(atomicInteger.getAndDecrement());
    }
}
```

**运行结果**

```
100
100
200
```

### 三、原子计数器场景

把`AtomicInteger`作为一个计数器使用，`AtomicInteger`提供了若干方法进行加法、减法的原子操作。

> 比如从一个map里面获取值，用get()方法，这是第一个操作；
>
> 获取到值之后给这个值加上n，这是第二个操作；
>
> 将进行过加法运算的值，再次放入map里面是第三个操作。

所谓操作的原子性是指：在多线程并发的场景下，上面的三个操作是原子性的，也就是不可分割的。

不会出现A线程get了数值，B线程同时也get到了该数值，两个线程同时为该值做运算并先后再次放入的情况，这种情况对于`AtomicInteger`而言是不会出现的，`AtomicInteger`操作是线程安全的、不可分割的。

**AtomicInteger相关方法**

| 方法              | 说明                                                         |
| ----------------- | ------------------------------------------------------------ |
| addAndGet()       | 将给定的值加到当前值上，并在加法后返回新值，并保证操作的原子性。 |
| getAndAdd()       | 将给定的值加到当前值上，并返回旧值，并保证操作的原子性。     |
| incrementAndGet() | 将当前值增加1，并在增加后返回新值。它相当于`++i`操作，并保证操作的原子性。 |
| getAndIncrement() | 将当前值增加1并返回旧值。相当于`i++`操作，并保证操作的原子性。 |
| decrementAndGet() | 将当前值减去1，并在减去后返回新值，相当于`--i`操作，并保证操作的原子性。 |
| getAndDecrement() | 将当前值减去1，并返回旧值。它相当于 `i--`操作，并保证操作的原子性。 |

**使用示例**

```java
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * Created by lilinchao
 * Date 2022/11/5
 * Description  AtomicInteger示例操作
 */
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);

// 获取并自增（i = 0, 结果 i = 1, 返回 0），类似于 i++
        System.out.println(i.getAndIncrement());

// 自增并获取（i = 1, 结果 i = 2, 返回 2），类似于 ++i
        System.out.println(i.incrementAndGet());

// 自减并获取（i = 2, 结果 i = 1, 返回 1），类似于 --i
        System.out.println(i.decrementAndGet());

// 获取并自减（i = 1, 结果 i = 0, 返回 1），类似于 i--
        System.out.println(i.getAndDecrement());

// 获取并加值（i = 0, 结果 i = 5, 返回 0）
        System.out.println(i.getAndAdd(5));

// 加值并获取（i = 5, 结果 i = 0, 返回 0）
        System.out.println(i.addAndGet(-5));

// 获取并更新（i = 0, p 为 i 的当前值, 结果 i = -2, 返回 0）
        // 其中函数中的操作能保证原子，但函数需要无副作用
        System.out.println(i.getAndUpdate(p -> p - 2));

// 更新并获取（i = -2, p 为 i 的当前值, 结果 i = 0, 返回 0）
        // 其中函数中的操作能保证原子，但函数需要无副作用
        System.out.println(i.updateAndGet(p -> p + 2));

// 获取并计算（i = 0, p 为 i 的当前值, x 为参数1, 结果 i = 10, 返回 0）
        // 其中函数中的操作能保证原子，但函数需要无副作用
        // getAndUpdate 如果在 lambda 中引用了外部的局部变量，要保证该局部变量是 final 的
        // getAndAccumulate 可以通过 参数1 来引用外部的局部变量，但因为其不在 lambda 中因此不必是 final
        System.out.println(i.getAndAccumulate(10, (p, x) -> p + x));
        
        // 计算并获取（i = 10, p 为 i 的当前值, x 为参数1, 结果 i = 0, 返回 0）
        // 其中函数中的操作能保证原子，但函数需要无副作用
        System.out.println(i.accumulateAndGet(-10, (p, x) -> p + x));
    }
}
```

### 四、数值比对及交换操作

compareAndSet操作将一个内存位置的内容与一个给定的值进行比较，只有当它们相同时，才会将该内存位置的内容修改为一个给定的新值。这个过程是以单个原子操作的方式完成的。

**语法**

+ **compareAndSet方法**：如果`当前值==预期值`，则将值设置为给定的更新值。

```java
boolean compareAndSet(int expect, int update)
```

+ `expect`是预期值

+ `update`是更新值

**示例**

```java
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * Created by lilinchao
 * Date 2022/11/5
 * Description  compareAndSet() 方法示例
 */
public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        //初始值为100的atomic Integer
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);

//当前值100 = 预期值100，所以设置atomicInteger=110
        boolean isSuccess = atomicInteger.compareAndSet(100,110);
        System.out.println(isSuccess);      //输出结果为true表示操作成功

//当前值110 = 预期值100? 不相等，所以atomicInteger仍然等于110
        isSuccess = atomicInteger.compareAndSet(100,120);
        System.out.println(isSuccess);      //输出结果为false表示操作失败
    }
}
```

**运行结果**

```
true
false
```

### 总结

`AtomicInteger`可以帮助我们在不使用synchronized同步锁的情况下，实现在多线程场景下int数值操作的线程安全，操作的原子性。并且使用`AtomicInteger`来实现int数值的原子操作，远比使用synchronized同步锁效率更高。

`java.util.concurrent.atomic`包不仅提供了`AtomicInteger`，还提供了AtomicBoolean布尔原子操作类、AtomicLong长整型布尔原子操作类、AtomicReference对象原子操作类、AtomicIntegerArray整型数组原子操作类、AtomicLongArray长整型数组原子操作类、AtomicReferenceArray对象数组原子操作类。

*附参考文章链接*

*https://www.modb.pro/db/496148*

标签: 并发编程

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