詳細總結(jié)Java中常用的原子類
一、什么是原子類
Java中提供了一些原子類，原子類包裝了一個變量，并且提供了一系列對變量進行原子性操作的方法。我們在多線程環(huán)境下對這些原子類進行操作時，不需要加鎖，大大簡化了并發(fā)編程的開發(fā)。
二、原子類的底層實現(xiàn)
目前Java中提供的原子類大部分底層使用了CAS鎖（CompareAndSet自旋鎖），如AtomicInteger、AtomicLong等；也有使用了分段鎖+CAS鎖的原子類，如LongAdder等。
三、常用的原子類
3.1 AtomicInteger與AtomicLong
AtomicInteger與AtomicLong的底層實現(xiàn)與用法基本相同，不同點在于AtomicInteger包裝了一個Integer型變量，而AtomicLong包裝了一個Long型變量。
AtomicInteger與AtomicLong的底層實現(xiàn)都使用了CAS鎖。
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
/**
* @author IT00ZYQ
* @date 2021/5/24 15:33
**/
public class T13_AtomicInteger {
private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
private static AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();
private static Integer integer = 0;
private static Long lon = 0L;
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建10個線程，分別對atomicInteger、atomicLong、integer、lon進行1000次增加1的操作
// 如果操作是原子性的，那么正確結(jié)果 = 10 * 1000 = 10000
Thread[] threads = new Thread[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 1; j <= 1000; j++) {
atomicInteger.incrementAndGet();
atomicLong.incrementAndGet();
integer ++;
lon ++;
}
});
}
// 啟動線程
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
// 保證10個線程運行完成
try {
for (Thread thread : threads) {
thread.join();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("AtomicInteger的結(jié)果：" + atomicInteger);
System.out.println("AtomicLong的結(jié)果：" + atomicLong);
System.out.println("Integer的結(jié)果：" + integer);
System.out.println("Long的結(jié)果：" + lon);
}
}
運行結(jié)果：
AtomicInteger的結(jié)果：10000
AtomicLong的結(jié)果：10000
Integer的結(jié)果：4880
Long的結(jié)果：4350
Process finished with exit code 0
多次運行發(fā)現(xiàn)原子類AtomicInteger與AtomicLong每次都能得到正確的結(jié)果10000，但是非原子類Integer與Long一般情況下都達不到10000，每次的結(jié)果也可能不一樣。
3.2 LongAdder
LongAdder的底層實現(xiàn)使用了分段鎖，每個段使用的鎖是CAS鎖，所以LongAdder的底層實現(xiàn)是分段鎖+CAS鎖。
在上面的程序添加了一個LongAdder變量進行測試
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;
/**
* @author IT00ZYQ
* @date 2021/5/24 15:33
**/
public class T13_AtomicInteger {
private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
private static AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();
private static LongAdder longAdder = new LongAdder();
private static Integer integer = 0;
private static Long lon = 0L;
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建10個線程，分別對atomicInteger、atomicLong、integer、lon進行1000次增加1的操作
// 如果操作是原子性的，那么正確結(jié)果 = 10 * 1000 = 10000
Thread[] threads = new Thread[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 1; j <= 1000; j++) {
atomicInteger.incrementAndGet();
atomicLong.incrementAndGet();
integer ++;
lon ++;
longAdder.increment();
}
});
}
// 啟動線程
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
// 保證10個線程運行完成
try {
for (Thread thread : threads) {
thread.join();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("AtomicInteger的結(jié)果：" + atomicInteger);
System.out.println("AtomicLong的結(jié)果：" + atomicLong);
System.out.println("Integer的結(jié)果：" + integer);
System.out.println("Long的結(jié)果：" + lon);
System.out.println("LongAdder的結(jié)果：" + longAdder);
}
}
運行結(jié)果：
AtomicInteger的結(jié)果：10000
AtomicLong的結(jié)果：10000
Integer的結(jié)果：6871
Long的結(jié)果：6518
LongAdder的結(jié)果：10000
Process finished with exit code 0
LongAdder類也是能夠正確輸出結(jié)果的。
四、原子類的性能測試
4.1 測試程序
package juc;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;
/**
* @author IT00ZYQ
* @date 2021/5/24 15:51
**/
public class T14_AtomicClassPerformance {
private static AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();
private static LongAdder longAdder = new LongAdder();
/**
* 線程數(shù)
*/
private static final int THREAD_COUNT = 100;
/**
* 每次線程循環(huán)操作次數(shù)
*/
private static final int OPERATION_COUNT = 10000;
public static void main(String[] args) {
Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];
// 創(chuàng)建對AtomicLong進行操作的線程
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < OPERATION_COUNT; j++) {
atomicLong.incrementAndGet();
}
});
}
long start1 = System.currentTimeMillis();
// 啟動線程
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
// 保證線程運行完成
try {
for (Thread thread : threads) {
thread.join();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
long end1 = System.currentTimeMillis();
// 創(chuàng)建對LongAdder進行操作的線程
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < OPERATION_COUNT; j++) {
longAdder.increment();
}
});
}
long start2 = System.currentTimeMillis();
// 啟動線程
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
// 保證線程運行完成
try {
for (Thread thread : threads) {
thread.join();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
long end2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("AtomicLong運行時間: " + (end1 - start1) + "ms, 運行結(jié)果：" + atomicLong);
System.out.println("LongAdder運行時間: " + (end2 - start2) + "ms, 運行結(jié)果：" + longAdder);
}
}
4.2 測試結(jié)果
THREAD_COUNT = 100, OPERATION_COUNT = 1000時的運行結(jié)果
AtomicLong運行時間: 40ms, 運行結(jié)果：100000
LongAdder運行時間: 57ms, 運行結(jié)果：100000
Process finished with exit code 0
THREAD_COUNT = 100, OPERATION_COUNT = 10000時的運行結(jié)果
AtomicLong運行時間: 108ms, 運行結(jié)果：1000000
LongAdder運行時間: 85ms, 運行結(jié)果：1000000
Process finished with exit code 0
THREAD_COUNT = 100, OPERATION_COUNT = 1000000時的運行結(jié)果
AtomicLong運行時間: 6909ms, 運行結(jié)果：100000000
LongAdder運行時間: 468ms, 運行結(jié)果：100000000
Process finished with exit code 0
THREAD_COUNT = 10, OPERATION_COUNT = 1000000時的運行結(jié)果
AtomicLong運行時間: 788ms, 運行結(jié)果：10000000
LongAdder運行時間: 162ms, 運行結(jié)果10000000
Process finished with exit code 0
4.3 結(jié)果分析
當(dāng)THREAD_COUNT * OPERATION_COUN足夠小時，AtomicInteger的性能會略高于LongAdder，而隨著THREAD_COUNT * OPERATION_COUN的增加，LongAdder的性能更高，THREAD_COUNT * OPERATION_COUN足夠大時，LongAdder的性能遠高于AtomicInteger。
4.4 底層實現(xiàn)分析
- AtomicLong的原子性自增操作，是通過CAS實現(xiàn)的。在競爭線程數(shù)較少且每個線程的運行所需時間較短的情況下，這樣做是合適的。但是如果線程競爭激烈，會造成大量線程在原地打轉(zhuǎn)、不停嘗試去修改值，但是老是發(fā)現(xiàn)值被修改了，于是繼續(xù)自旋。 這樣浪費了大量的CPU資源。
- LongAdder在競爭激烈時，多個線程并不會一直自旋來修改值，而是采用了分段的思想，各個線程會分散累加到自己所對應(yīng)的Cell[]數(shù)組的某一個數(shù)組對象元素中，而不會大家共用一個，把不同線程對應(yīng)到不同的Cell中進行修改，降低了對臨界資源的競爭。本質(zhì)上，是用空間換時間。
到此這篇關(guān)于詳細總結(jié)Java中常用的原子類的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java常用原子類內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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