死磕 java原子类之终结篇（面试题）
概览 原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作，这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何线程上下文切换。 原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序不可以被打乱，也不可以被切割而只执行其中的一部分，将整个操作视作一个整体是原子性的核心特征。 在java中提供了很多原子类，笔者在此主要把这些原子类分成四大类。 原子更新基本类型或引用类型 如果是基本类型，则替换其值，如果是引用，则替换其引用地址，这些类主要有： （1）AtomicBoolean 原子更新布尔类型，内部使用int类型的value存储1和0表示true和false，底层也是对int类型的原子操作。 （2）AtomicInteger 原子更新int类型。 （3）AtomicLong 原子更新long类型。 （4）AtomicReference 原子更新引用类型，通过泛型指定要操作的类。 （5）AtomicMarkableReference 原子更新引用类型，内部使用Pair承载引用对象及是否被更新过的标记，避免了ABA问题。 （6）AtomicStampedReference 原子更新引用类型，内部使用Pair承载引用对象及更新的邮戳，避免了ABA问题。 这几个类的操作基本类似，底层都是调用Unsafe的compareAndSwapXxx()来实现，基本用法如下： private static void testAtomicReference() { AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1); atomicInteger.incrementAndGet(); atomicInteger.getAndIncrement(); atomicInteger.compareAndSet(3, 666); System.out.println(atomicInteger.get()); AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1); atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2, 1, 3); atomicStampedReference.compareAndSet(2, 666, 3, 5); System.out.println(atomicStampedReference.getReference()); System.out.println(atomicStampedReference.getStamp()); } 原子更新数组中的元素 原子更新数组中的元素，可以更新数组中指定索引位置的元素，这些类主要有： （1）AtomicIntegerArray 原子更新int数组中的元素。 （2）AtomicLongArray 原子更新long数组中的元素。 （3）AtomicReferenceArray 原子更新Object数组中的元素。 这几个类的操作基本类似，更新元素时都要指定在数组中的索引位置，基本用法如下： private static void testAtomicReferenceArray() { AtomicIntegerArray atomicIntegerArray = new AtomicIntegerArray(10); atomicIntegerArray.getAndIncrement(0); atomicIntegerArray.getAndAdd(1, 666); atomicIntegerArray.incrementAndGet(2); atomicIntegerArray.addAndGet(3, 666); atomicIntegerArray.compareAndSet(4, 0, 666); System.out.println(atomicIntegerArray.get(0)); System.out.println(atomicIntegerArray.get(1)); System.out.println(atomicIntegerArray.get(2)); System.out.println(atomicIntegerArray.get(3)); System.out.println(atomicIntegerArray.get(4)); System.out.println(atomicIntegerArray.get(5)); } 原子更新对象中的字段 原子更新对象中的字段，可以更新对象中指定字段名称的字段，这些类主要有： （1）AtomicIntegerFieldUpdater 原子更新对象中的int类型字段。 （2）AtomicLongFieldUpdater 原子更新对象中的long类型字段。 （3）AtomicReferenceFieldUpdater 原子更新对象中的引用类型字段。 这几个类的操作基本类似，都需要传入要更新的字段名称，基本用法如下： private static void testAtomicReferenceField() { AtomicReferenceFieldUpdater<User, String> updateName = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(User.class, String.class,"name"); AtomicIntegerFieldUpdater<User> updateAge = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "age"); User user = new User("tong ge", 21); updateName.compareAndSet(user, "tong ge", "read source code"); updateAge.compareAndSet(user, 21, 25); updateAge.incrementAndGet(user); System.out.println(user); } private static class User { volatile String name; volatile int age; public User(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } @Override public String toString() { return "name: " + name + ", age: " + age; } } 高性能原子类 高性能原子类，是java8中增加的原子类，它们使用分段的思想，把不同的线程hash到不同的段上去更新，最后再把这些段的值相加得到最终的值，这些类主要有： （1）Striped64 下面四个类的父类。 （2）LongAccumulator long类型的聚合器，需要传入一个long类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。 （3）LongAdder long类型的累加器，LongAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。 （4）DoubleAccumulator double类型的聚合器，需要传入一个double类型的二元操作，可以用来计算各种聚合操作，包括加乘等。 （5）DoubleAdder double类型的累加器，DoubleAccumulator的特例，只能用来计算加法，且从0开始计算。 这几个类的操作基本类似，其中DoubleAccumulator和DoubleAdder底层其实也是用long来实现的，基本用法如下： private static void testNewAtomic() { LongAdder longAdder = new LongAdder(); longAdder.increment(); longAdder.add(666); System.out.println(longAdder.sum()); LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator((left, right)->left + right * 2, 666); longAccumulator.accumulate(1); longAccumulator.accumulate(3); longAccumulator.accumulate(-4); System.out.println(longAccumulator.get()); } 问题 关于原子类的问题，笔者整理了大概有以下这些： （1）Unsafe是什么？ （3）Unsafe为什么是不安全的？ （4）Unsafe的实例怎么获取？ （5）Unsafe的CAS操作？ （6）Unsafe的阻塞/唤醒操作？ （7）Unsafe实例化一个类？ （8）实例化类的六种方式？ （9）原子操作是什么？ （10）原子操作与数据库ACID中A的关系？ （11）AtomicInteger怎么实现原子操作的？ （12）AtomicInteger主要解决了什么问题？ （13）AtomicInteger有哪些缺点？ （14）ABA是什么？ （15）ABA的危害？ （16）ABA的解决方法？ （17）AtomicStampedReference是怎么解决ABA的？ （18）实际工作中遇到过ABA问题吗？ （19）CPU的缓存架构是怎样的？ （20）CPU的缓存行是什么？ （21）内存屏障又是什么？ （22）伪共享是什么原因导致的？ （23）怎么避免伪共享？ （24）消除伪共享在java中的应用？ （25）LongAdder的实现方式？ （26）LongAdder是怎么消除伪共享的？ （27）LongAdder与AtomicLong的性能对比？ （28）LongAdder中的cells数组是无限扩容的吗？ 关于原子类的问题差不多就这么多，都能回答上来吗？点击下面的链接可以直接到相应的章节查看： 死磕 java魔法类之Unsafe解析 死磕 java原子类之AtomicInteger源码分析 死磕 java原子类之AtomicStampedReference源码分析 杂谈 什么是伪共享（false sharing）？ 死磕 java原子类之LongAdder源码分析 彩蛋 原子类系列源码分析到此就结束了，虽然分析的类比较少，但是牵涉的内容非常多，特别是操作系统底层的知识，比如CPU指令、CPU缓存架构、内存屏障等。 下一章，我们将进入“同步系列”，同步最常见的就是各种锁了，这里会着重分析java中的各种锁、各种同步器以及分布式锁相关的内容。 欢迎关注我的公众号“彤哥读源码”，查看更多源码系列文章, 与彤哥一起畅游源码的海洋。
