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深入理解Java并发编程中的原子操作、volatile关键字与读写锁

article 2025/1/31 9:04:38

1. 原子操作与AtomicInteger等原子类

1.1 原子操作的原理

在多线程环境中，多个线程可能会同时访问和修改共享资源。如果这些操作不是原子性的（即可以被中断），那么可能会导致数据不一致或竞态条件（race condition）。原子操作是指不可分割的操作，即在多线程环境下，这些操作不会被其他线程打断。

Java提供了java.util.concurrent.atomic包来支持原子操作，底层通过CPU提供的CAS（Compare-And-Swap）指令实现。CAS是一种无锁算法，它通过比较内存位置的值是否等于预期值，如果是，则更新为新值；否则，重试直到成功。

CAS的优点：

避免了传统锁机制带来的阻塞问题。
提高了并发性能，特别是在竞争不激烈的情况下。

CAS的缺点：

ABA问题：当一个变量从A变为B再变回A时，CAS会误认为没有变化。
循环时间长开销大：如果CAS操作失败，需要不断重试，可能导致较高的CPU开销。

1.2 AtomicInteger类详解

AtomicInteger是Java中常用的原子类之一，它提供了一系列原子操作方法，如get()、set()、incrementAndGet()、decrementAndGet()等。这些方法确保了在多线程环境下的线程安全性。

常用方法：

int get(): 获取当前值。
void set(int newValue): 设置为给定值。
int incrementAndGet(): 将当前值加1并返回新的值。
int decrementAndGet(): 将当前值减1并返回新的值。
int addAndGet(int delta): 将当前值增加指定的增量并返回新的值。
boolean compareAndSet(int expect, int update): 如果当前值等于预期值，则设置为新值，并返回true；否则返回false。

示例代码：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicIntegerExample {
   
    private static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
        Thread t1 = new Thread(() -> {
   
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
   
                counter.incrementAndGet();
            }
        });

        Thread t2 =