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【實(shí)戰(zhàn)Java高并發(fā)程序設(shè)計(jì)5】讓普通變量也享受原子操作

appetizerio / 2312人閱讀

摘要：有時(shí)候，由于初期考慮不周，或者后期的需求變化，一些普通變量可能也會(huì)有線程安全的需求。它可以讓你在不改動(dòng)或者極少改動(dòng)原有代碼的基礎(chǔ)上，讓普通的變量也享受操作帶來(lái)的線程安全性，這樣你可以修改極少的代碼，來(lái)獲得線程安全的保證。

有時(shí)候，由于初期考慮不周，或者后期的需求變化，一些普通變量可能也會(huì)有線程安全的需求。如果改動(dòng)不大，我們可以簡(jiǎn)單地修改程序中每一個(gè)使用或者讀取這個(gè)變量的地方。但顯然，這樣并不符合軟件設(shè)計(jì)中的一條重要原則——開(kāi)閉原則。也就是系統(tǒng)對(duì)功能的增加應(yīng)該是開(kāi)發(fā)的，而對(duì)修改應(yīng)該是相對(duì)保守的。而且，如果系統(tǒng)里使用到這個(gè)變量的地方特別多，一個(gè)一個(gè)修改也是一件令人厭煩的事情（況且很多使用場(chǎng)景下可能只是只讀的，并無(wú)線程安全的強(qiáng)烈要求，完全可以保持原樣）。

如果你有這種困擾，在這里根本不需要擔(dān)心，因?yàn)樵谠影镞€有一個(gè)實(shí)用的工具類(lèi)AtomicIntegerFieldUpdater。它可以讓你在不改動(dòng)（或者極少改動(dòng)）原有代碼的基礎(chǔ)上，讓普通的變量也享受CAS操作帶來(lái)的線程安全性，這樣你可以修改極少的代碼，來(lái)獲得線程安全的保證。這聽(tīng)起來(lái)是不是讓人很激動(dòng)呢？

根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型不同，這個(gè)Updater有3種，分別是AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater和AtomicReferenceFieldUpdater。顧名思義，它們分別可以對(duì)int、long和普通對(duì)象就行CAS修改。

現(xiàn)在來(lái)思考這么一個(gè)場(chǎng)景。假設(shè)某地要進(jìn)行一次選舉?，F(xiàn)在模擬這個(gè)機(jī)票場(chǎng)景，如果選民投了候選人一票，就記為1，否則記為0。最終的選票顯然就是所有數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單求和。

01 public class AtomicIntegerFieldUpdaterDemo {
02     public static class Candidate{
03         int id;
04         volatile int score;
05     }
06     public final static AtomicIntegerFieldUpdater scoreUpdater 
07         = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Candidate.class, "score");
08     //檢查Updater是否工作正確
09     public static AtomicInteger allScore=new AtomicInteger(0);
10     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
11         final Candidate stu=new Candidate();
12         Thread[] t=new Thread[10000];
13         for(int i = 0 ; i < 10000 ; i++) {  
14             t[i]=new Thread() {  
15                 public void run() {  
16                     if(Math.random()>0.4){
17                         scoreUpdater.incrementAndGet(stu);
18                         allScore.incrementAndGet();
19                     }
20                 }  
21             };
22             t[i].start();
23         }  
24         for(int i = 0 ; i < 10000 ; i++) {  t[i].join();}
25         System.out.println("score="+stu.score);
26         System.out.println("allScore="+allScore);
27     }
28 }

上述代碼模擬了這個(gè)計(jì)票場(chǎng)景。候選人的得票數(shù)量記錄在Candidate.score中。注意，它是一個(gè)普通的volatile變量。而volatile變量并不是線程安全的。第6~7行定義了

AtomicIntegerFieldUpdater實(shí)例，用來(lái)對(duì)Candidate.score進(jìn)行寫(xiě)入。而后續(xù)的allScore我們用來(lái)檢查AtomicIntegerFieldUpdater的正確性。如果AtomicIntegerFieldUpdater真的保證了線程安全，那么最終Candidate.score和allScore的值必然是相等的。否則，就說(shuō)明AtomicIntegerFieldUpdater根本沒(méi)有確保線程安全的寫(xiě)入。第12~21行模擬了計(jì)票過(guò)程，這里假設(shè)有大約60%的人投贊成票，并且投票是隨機(jī)進(jìn)行的。第17行使用Updater修改Candidate.score（這里應(yīng)該是線程安全的），第18行使用AtomicInteger計(jì)數(shù)，作為參考基準(zhǔn)。

大家如果運(yùn)行這段程序，不難發(fā)現(xiàn)，最終的Candidate.score總是和allScore絕對(duì)相等。這說(shuō)明AtomicIntegerFieldUpdater很好地保證了Candidate.score的線程安全。

雖然AtomicIntegerFieldUpdater很好用，但是還是有幾個(gè)注意事項(xiàng)：

第一，Updater只能修改它可見(jiàn)范圍內(nèi)的變量。因?yàn)閁pdater使用反射得到這個(gè)變量。如果變量不可見(jiàn)，就會(huì)出錯(cuò)。比如如果score申明為private，就是不可行的。

第二，為了確保變量被正確的讀取，它必須是volatile類(lèi)型的。如果我們?cè)写a中未申明這個(gè)類(lèi)型，那么簡(jiǎn)單得申明一下就行，這不會(huì)引起什么問(wèn)題。

第三，由于CAS操作會(huì)通過(guò)對(duì)象實(shí)例中的偏移量直接進(jìn)行賦值，因此，它不支持static字段（Unsafe. objectFieldOffset()不支持靜態(tài)變量）。

好了，通過(guò)AtomicIntegerFieldUpdater，是不是讓我們可以更加隨心所欲得對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行線程安全地保護(hù)呢？

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