1. 并發編程概念

原子性

一個操作不能被再拆分了；即一個操作或者多個操作 要么全部執行并且執行的過程不會被任何因素打斷，要么就都不執行。一個很經典的例子就是銀行賬戶轉賬問題。
增量操作符++，不是原子的操作，它是先讀取舊值，然后寫回新值，包含2個操作

可見性

可見性是指當多個線程訪問同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。

有序性

即程序執行的順序按照代碼的先后順序執行。但是指令重排序會影響到線程并發執行的正確性

總結

要想并發程序正確地執行，必須要保證原子性、可見性以及有序性。只要有一個沒有被保證，就有可能會導致程序運行不正確。

并發，并行，串行

并行是邏輯上同時發生，指在某一個時間內同時運行多個程序。
并發是物理上同時發生，指在某一個時間點同時運行多個程序。

2. 原子類

java.util.concurrent.atomic包：原子類的小工具包，支持在單個變量上解除鎖的線程安全編程

2.1 如果同一個變量要被多個線程訪問，則可以使用該包中的類

• AtomicBoolean
• AtomicInteger
• AtomicLong
• AtomicReference

2.2 AtomicIntegerArray：操作數組里面的某個整數

2.3 同樣該包中提供了可以用于反射操作的類

• AtomicReferenceFieldUpdater
• AtomicIntegerFieldUpdater
• AtomicLongFieldUpdater

它們可以提供對關聯字段類型的訪問。

3. 原子性布爾 AtomicBoolean

AtomicBoolean 類為我們提供了一個可以用原子方式進行讀和寫的布爾值，它還擁有一些先進的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicBoolean 類位于 java.util.concurrent.atomic 包，完整類名是為 java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean。本小節描述的 AtomicBoolean 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。

AtomicBoolean 背后的設計理念在我的《Java 并發指南》主題的《比較和交換》小節有解釋。

創建一個 AtomicBoolean

你可以這樣創建一個 AtomicBoolean：

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean();

以上示例新建了一個默認值為 false 的 AtomicBoolean。

如果你想要為 AtomicBoolean 實例設置一個顯式的初始值，那么你可以將初始值傳給 AtomicBoolean 的構造子：

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true);

獲取 AtomicBoolean 的值

你可以通過使用 get() 方法來獲取一個 AtomicBoolean 的值。示例如下：

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); boolean value = atomicBoolean.get();

以上代碼執行后 value 變量的值將為 true。

設置 AtomicBoolean 的值

你可以通過使用 set() 方法來設置一個 AtomicBoolean 的值。示例如下：

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); atomicBoolean.set(false);

以上代碼執行后 AtomicBoolean 的值為 false。

交換 AtomicBoolean 的值

你可以通過 getAndSet() 方法來交換一個 AtomicBoolean 實例的值。getAndSet() 方法將返回 AtomicBoolean 當前的值，并將為 AtomicBoolean 設置一個新值。示例如下：

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); boolean oldValue = atomicBoolean.getAndSet(false);

以上代碼執行后 oldValue 變量的值為 true，atomicBoolean 實例將持有 false 值。代碼成功將 AtomicBoolean 當前值 ture 交換為 false。

比較并設置 AtomicBoolean 的值

compareAndSet() 方法允許你對 AtomicBoolean 的當前值與一個期望值進行比較，如果當前值等于期望值的話，將會對 AtomicBoolean 設定一個新值。compareAndSet() 方法是原子性的，因此在同一時間之內有單個線程執行它。因此 compareAndSet() 方法可被用于一些類似于鎖的同步的簡單實現。

以下是一個 compareAndSet() 示例：

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true); boolean expectedValue = true; boolean newValue = false; boolean wasNewValueSet = atomicBoolean.compareAndSet(expectedValue, newValue);

本示例對 AtomicBoolean 的當前值與 true 值進行比較，如果相等，將 AtomicBoolean 的值更新為 false。

4. 原子性整型 AtomicInteger

AtomicInteger 類為我們提供了一個可以進行原子性讀和寫操作的 int 變量，它還包含一系列先進的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicInteger 類位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整類名為 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger。本小節描述的 AtomicInteger 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。

AtomicInteger 背后的設計理念在我的《Java 并發指南》主題的《比較和交換》小節有解釋。

創建一個 AtomicInteger

創建一個 AtomicInteger 示例如下：

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

本示例將創建一個初始值為 0 的 AtomicInteger。
如果你想要創建一個給定初始值的 AtomicInteger，你可以這樣：

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123);

本示例將 123 作為參數傳給 AtomicInteger 的構造子，它將設置 AtomicInteger 實例的初始值為 123。

獲取 AtomicInteger 的值

你可以使用 get() 方法獲取 AtomicInteger 實例的值。示例如下：

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123); int theValue = atomicInteger.get();

設置 AtomicInteger 的值

你可以通過 set() 方法對 AtomicInteger 的值進行重新設置。以下是 AtomicInteger.set() 示例：

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123); atomicInteger.set(234);

以上示例創建了一個初始值為 123 的 AtomicInteger，而在第二行將其值更新為 234。

比較并設置 AtomicInteger 的值

AtomicInteger 類也通過了一個原子性的 compareAndSet() 方法。這一方法將 AtomicInteger 實例的當前值與期望值進行比較，如果二者相等，為 AtomicInteger 實例設置一個新值。AtomicInteger.compareAndSet() 代碼示例：

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123); int expectedValue = 123; int newValue = 234; atomicInteger.compareAndSet(expectedValue, newValue);

本示例首先新建一個初始值為 123 的 AtomicInteger 實例。然后將 AtomicInteger 與期望值 123 進行比較，如果相等，將 AtomicInteger 的值更新為 234。

增加 AtomicInteger 值

AtomicInteger 類包含有一些方法，通過它們你可以增加 AtomicInteger 的值，并獲取其值。這些方法如下：

• addAndGet()
• getAndAdd()
• getAndIncrement()
• incrementAndGet()

第一個 addAndGet() 方法給 AtomicInteger 增加了一個值，然后返回增加后的值。getAndAdd() 方法為 AtomicInteger 增加了一個值，但返回的是增加以前的 AtomicInteger 的值。具體使用哪一個取決于你的應用場景。以下是這兩種方法的示例：

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(); System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(10)); System.out.println(atomicInteger.addAndGet(10));

本示例將打印出 0 和 20。例子中，第二行拿到的是加 10 之前的 AtomicInteger 的值。加 10 之前的值是 0。第三行將 AtomicInteger 的值再加 10，并返回加操作之后的值。該值現在是為 20。

你當然也可以使用這倆方法為 AtomicInteger 添加負值。結果實際是一個減法操作。

getAndIncrement() 和 incrementAndGet() 方法類似于 getAndAdd() 和 addAndGet()，但每次只將 AtomicInteger 的值加 1。

減小 AtomicInteger 的值

AtomicInteger 類還提供了一些減小 AtomicInteger 的值的原子性方法。這些方法是：

• decrementAndGet()
• getAndDecrement()

decrementAndGet() 將 AtomicInteger 的值減一，并返回減一后的值。getAndDecrement() 也將 AtomicInteger 的值減一，但它返回的是減一之前的值。

5. 原子性長整型 AtomicLong

AtomicLong 類為我們提供了一個可以進行原子性讀和寫操作的 long 變量，它還包含一系列先進的原子性操作，比如 compareAndSet()AtomicLong 類位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整類名為 java.util.concurrent.atomic.AtomicLong。本小節描述的 AtomicLong 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。

AtomicLong 背后的設計理念在我的《Java 并發指南》主題的《比較和交換》小節有解釋。

創建一個 AtomicLong
創建一個 AtomicLong 如下：

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();

將創建一個初始值為 0 的 AtomicLong。
如果你想創建一個指定初始值的 AtomicLong，可以：

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123);

本示例將 123 作為參數傳遞給 AtomicLong 的構造子，后者將 AtomicLong 實例的初始值設置為 123。
獲取 AtomicLong 的值
你可以通過 get() 方法獲取 AtomicLong 的值。AtomicLong.get() 示例：

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123); long theValue = atomicLong.get();

設置 AtomicLong 的值
你可以通過 set() 方法設置 AtomicLong 實例的值。一個 AtomicLong.set() 的示例：

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123); atomicLong.set(234);

本示例新建了一個初始值為 123 的 AtomicLong，第二行將其值設置為 234。

比較并設置 AtomicLong 的值

AtomicLong 類也有一個原子性的 compareAndSet() 方法。這一方法將 AtomicLong 實例的當前值與一個期望值進行比較，如果兩種相等，為 AtomicLong 實例設置一個新值。AtomicLong.compareAndSet() 使用示例：

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123); long expectedValue = 123; long newValue = 234; atomicLong.compareAndSet(expectedValue, newValue);

本示例新建了一個初始值為 123 的 AtomicLong。然后將 AtomicLong 的當前值與期望值 123 進行比較，如果相等的話，AtomicLong 的新值將變為 234。

增加 AtomicLong 值

AtomicLong 具備一些能夠增加 AtomicLong 的值并返回自身值的方法。這些方法如下：

• addAndGet()
• getAndAdd()
• getAndIncrement()
• incrementAndGet()

第一個方法 addAndGet() 將 AtomicLong 的值加一個數字，并返回增加后的值。第二個方法 getAndAdd() 也將 AtomicLong 的值加一個數字，但返回的是增加前的 AtomicLong 的值。具體使用哪一個取決于你自己的場景。示例如下：

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(); System.out.println(atomicLong.getAndAdd(10)); System.out.println(atomicLong.addAndGet(10));

本示例將打印出 0 和 20。例子中，第二行拿到的是加 10 之前的 AtomicLong 的值。加 10 之前的值是 0。第三行將 AtomicLong 的值再加 10，并返回加操作之后的值。該值現在是為 20。

你當然也可以使用這倆方法為 AtomicLong 添加負值。結果實際是一個減法操作。

getAndIncrement() 和 incrementAndGet() 方法類似于 getAndAdd() 和 addAndGet()，但每次只將 AtomicLong 的值加 1。

減小 AtomicLong 的值

AtomicLong 類還提供了一些減小 AtomicLong 的值的原子性方法。這些方法是：

• decrementAndGet()
• getAndDecrement()

decrementAndGet() 將 AtomicLong 的值減一，并返回減一后的值。getAndDecrement() 也將 AtomicLong 的值減一，但它返回的是減一之前的值。

6. 原子性引用型 AtomicReference

AtomicReference 提供了一個可以被原子性讀和寫的對象引用變量。原子性的意思是多個想要改變同一個 AtomicReference 的線程不會導致 AtomicReference 處于不一致的狀態。AtomicReference 還有一個 compareAndSet() 方法，通過它你可以將當前引用于一個期望值(引用)進行比較，如果相等，在該 AtomicReference 對象內部設置一個新的引用。

創建一個 AtomicReference

創建 AtomicReference 如下：

AtomicReference atomicReference = new AtomicReference();

如果你需要使用一個指定引用創建 AtomicReference，可以：

String initialReference = "the initially referenced string"; AtomicReference atomicReference = new AtomicReference(initialReference);

創建泛型 AtomicReference

你可以使用 Java 泛型來創建一個泛型 AtomicReference。示例：

AtomicReference<String> atomicStringReference = new AtomicReference<String>();

你也可以為泛型 AtomicReference 設置一個初始值。示例：

String initialReference = "the initially referenced string"; AtomicReference<String> atomicStringReference = new AtomicReference<String>(initialReference);

獲取 AtomicReference 引用

你可以通過 AtomicReference 的 get() 方法來獲取保存在 AtomicReference 里的引用。如果你的 AtomicReference 是非泛型的，get() 方法將返回一個 Object 類型的引用。如果是泛型化的，get() 將返回你創建 AtomicReference 時聲明的那個類型。

先來看一個非泛型的 AtomicReference get() 示例：

AtomicReference atomicReference = new AtomicReference("first value referenced"); String reference = (String) atomicReference.get();

注意如何對 get() 方法返回的引用強制轉換為 String。
泛型化的 AtomicReference 示例：

AtomicReference<String> atomicReference = new AtomicReference<String>("first value referenced"); String reference = atomicReference.get();

編譯器知道了引用的類型，所以我們無需再對 get() 返回的引用進行強制轉換了。

設置 AtomicReference 引用

你可以使用 get() 方法對 AtomicReference 里邊保存的引用進行設置。如果你定義的是一個非泛型 AtomicReference，set() 將會以一個 Object 引用作為參數。如果是泛型化的 AtomicReference，set() 方法將只接受你定義給的類型。

AtomicReference set() 示例：

AtomicReference atomicReference = new AtomicReference(); atomicReference.set("New object referenced");

這個看起來非泛型和泛型化的沒啥區別。真正的區別在于編譯器將對你能夠設置給一個泛型化的 AtomicReference 參數類型進行限制。

比較并設置 AtomicReference 引用

AtomicReference 類具備了一個很有用的方法：compareAndSet()。compareAndSet() 可以將保存在 AtomicReference 里的引用于一個期望引用進行比較，如果兩個引用是一樣的(并非 equals() 的相等，而是 == 的一樣)，將會給AtomicReference 實例設置一個新的引用。

如果 compareAndSet() 為 AtomicReference 設置了一個新的引用，compareAndSet() 將返回 true。否則compareAndSet() 返回 false。

AtomicReference compareAndSet() 示例：

String initialReference = "initial value referenced"; AtomicReference<String> atomicStringReference = new AtomicReference<String>(initialReference); String newReference = "new value referenced"; boolean exchanged = atomicStringReference.compareAndSet(initialReference, newReference); System.out.println("exchanged: " + exchanged); exchanged = atomicStringReference.compareAndSet(initialReference, newReference); System.out.println("exchanged: " + exchanged);

本示例創建了一個帶有一個初始引用的泛型化的 AtomicReference。之后兩次調用 comparesAndSet()來對存儲值和期望值進行對比，如果二者一致，為 AtomicReference 設置一個新的引用。第一次比較，存儲的引用(initialReference)和期望的引用(initialReference)一致，所以一個新的引用(newReference)被設置給 AtomicReference，compareAndSet() 方法返回 true。第二次比較時，存儲的引用(newReference)和期望的引用(initialReference)不一致，因此新的引用沒有被設置給 AtomicReference，compareAndSet() 方法返回 false。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java高并发编程：原子类的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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