AtomicInteger 使用

  Java中，i++和++i都不是原子操作，多线程环境下需要使用synchronized关键字。JDK1.5的java.util.concurrent.atomic包提供了原子操作类，通过Unsafe类调native方法来实现。

  这里以AtomicInteger为例：

内部存储

维护了一个整型值，其初始值为0。考虑到多线程操作，使用volatile来保证其可见性：

private volatile int value;

单独赋值操作

通过构造函数设置：

public AtomicInteger(int initialValue) {
	value = initialValue;
}

Setter：

public final void set(int newValue) {
	value = newValue;
}

延迟赋值：

public final void lazySet(int newValue) {
	unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);
}

获取和赋值复合操作：

Getter：

public final int get() {
	return value;
}

获取原值并设置新值：

public final int getAndSet(int newValue) {
	for (;;) {
		int current = get();
		if (compareAndSet(current, newValue))
			return current;
	}
}

获取原值并自增：

public final int getAndIncrement() {
	for (;;) {
		int current = get();
		int next = current + 1;
		if (compareAndSet(current, next))
			return current;
	}
}

获取原值并自减：

public final int getAndDecrement() {
	for (;;) {
		int current = get();
		int next = current - 1;
		if (compareAndSet(current, next))
			return current;
	}
}

获取原值并加上指定值：

delta可以为负值，实现getAndSubtract功能

public final int getAndAdd(int delta) {
	for (;;) {
		int current = get();
		int next = current + delta;
		if (compareAndSet(current, next))
			return current;
	}
}

自增并获取新值：

public final int incrementAndGet() {
	for (;;) {
		int current = get();
		int next = current + 1;
		if (compareAndSet(current, next))
			return next;
	}
}

自减并获取新值：

public final int decrementAndGet() {
	for (;;) {
		int current = get();
		int next = current - 1;
		if (compareAndSet(current, next))
			return next;
	}
}

加上指定值并获取新值：

同上，delta可以为负值，实现subtractAndGet功能

public final int addAndGet(int delta) {
	for (;;) {
		int current = get();
		int next = current + delta;
		if (compareAndSet(current, next))
			return next;
	}
}

可以看出，上面的方法比较类似：循环地调用compareAndSet方法，一旦成功即返回。

看下compreAndSet方法：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
	return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

同时，还提供了weakCompareAndSet方法，调用的unsafe方法和上面相同：

public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) {
	return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

性能测试

1. 和synchronized比较，单线程执行1000w次自增操作：

public class AtomicIntegerSynchTest {

	private int value;
	
	public AtomicIntegerSynchTest(int value) {
		this.value = value;
	}
	
	public synchronized int increase() {
		return value++;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		long start = System.currentTimeMillis();
		
		AtomicIntegerSynchTest test = new AtomicIntegerSynchTest(0);
		for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
			test.increase();
		}
		long end = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("Synch elapsed: " + (end - start) + "ms");
		
		long start2 = System.currentTimeMillis();
		AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(0);
		for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
			atomicInt.incrementAndGet();
		}
		long end2 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("Atomic elapsed: " + (end2 - start2) + "ms");
	}
}

输出：

Synch elapsed: 383ms
Atomic elapsed: 208ms （单线程环境下，AtomicInteger比同步的性能稍好一点）


2. 多线程多次操作：

这里使用100个线程，每个线程执行10w次自增操作，为了统计100个线程并发执行所耗费的时间，使用CountDownLatch来协调。

public class AtomicIntegerMultiThreadTest {

	private /*volatile*/ int value;

	public AtomicIntegerMultiThreadTest(int value) {
		this.value = value;
	}

	public synchronized int increase() {
		return value++;
	}
	
	public int unSyncIncrease() {
		return value++;
	}
	
	public int get() {
		return value;
	}

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		long start = System.currentTimeMillis();

		final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(100);

		final AtomicIntegerMultiThreadTest test = new AtomicIntegerMultiThreadTest(0);
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			new Thread(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
					for (int i = 0; i < 100000; i++) {
						test.increase();
						//test.unSyncIncrease();
					}

					latch.countDown();
				}
			}).start();
		}

		latch.await();
		long end = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("Synch elapsed: " + (end - start) + "ms, value=" + test.get());

		long start2 = System.currentTimeMillis();
		final CountDownLatch latch2 = new CountDownLatch(100);
		final AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(0);
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			new Thread(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
					for (int i = 0; i < 100000; i++) {
						atomicInt.incrementAndGet();
					}
					
					latch2.countDown();
				}
			}).start();
		}

		latch2.await();
		long end2 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("Atomic elapsed: " + (end2 - start2) + "ms, value=" + atomicInt.get());
	}
}

输出：

Synch elapsed: 1921ms, value=10000000
Atomic elapsed: 353ms, value=10000000 （AtomicInteger的性能是synchronized的5倍多）

当给value加上volatile修饰符时：

Synch elapsed: 2268ms, value=10000000 （volatile禁止代码重排序，一定程度上降低了性能）
Atomic elapsed: 337ms, value=10000000

当调用未同步的自增方法unSyncIncrease时：

Synch elapsed: 216ms, value=5852266 （非原子操作不加同步，导致结果错误）
Atomic elapsed: 349ms, value=10000000