Java并发编程：JUC原子类详解与示例

"Java并发编程中的JUC原子类和锁机制" 在Java多线程编程中，为了确保并发环境下的数据一致性，Java并发工具包（java.util.concurrent）提供了原子类（Atomic Classes）来解决线程不安全的问题。这些类允许在不使用`synchronized`关键字的情况下实现线程安全的操作，从而提高程序的并发性能。 ### JUC原子类 原子类的名称以`Atomic`开头，它们使用了Compare and Swap（CAS）算法，这是一种无锁编程技术。CAS包含三个操作数：内存位置V、预期原值A和新值B。当且仅当内存位置V的值等于预期原值A时，原子地将V的值设置为新值B。如果V的值已经被其他线程修改，则CAS操作失败，此时线程通常会自旋重试，直到操作成功。 #### 基本原子类 - **AtomicInteger**：提供了整型变量的原子操作，如`get()`、`incrementAndGet()`、`decrementAndGet()`等，用于原子地增加或减少值。 - **AtomicLong**：同理，但针对长整型变量。 - **AtomicBoolean**：处理布尔值的原子操作。 例如，下面的`AtomicIntegerDemo`展示了如何使用`AtomicInteger`的几个方法： ```java public class AtomicIntegerDemo { public static void main(String[] args) { AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1); System.out.println(atomicInteger.getAndIncrement()); // 1 System.out.println(atomicInteger.incrementAndGet()); // 2 atomicInteger.getAndSet(10); // 设置为10 System.out.println(atomicInteger); // 10 atomicInteger.compareAndSet(10, 100); // 成功，因为10 == 10，然后设置为100 System.out.println(atomicInteger); // 100 } } ``` ### ABA问题 在使用CAS操作时，可能会遇到ABA问题。假设一个值从A变到B，然后又变回A，CAS可能不会察觉到这个变化，因为它只检查当前值是否等于预期的原值。为了解决这个问题，可以使用版本号或者`AtomicStampedReference`类来记录值和版本信息。 ### 锁的分类 在Java中，锁主要有以下几种： - **synchronized**：隐式锁，提供互斥访问，确保同一时刻只有一个线程执行特定代码块。 - **ReentrantLock**：可重入锁，是`synchronized`的替代品，提供更多的控制，如公平锁/非公平锁、可中断锁、尝试锁等。 - **ReadWriteLock**：读写锁，允许多个读线程同时访问，但写操作互斥。 - **StampedLock**：提供了更细粒度的锁控制，支持乐观读锁、写锁和读写转换。 ### CAS与synchronized比较 - **CAS**：轻量级，非阻塞，不会导致线程挂起，适合高并发场景。但如果发生冲突，会导致自旋消耗CPU。 - **synchronized**：重量级，保证互斥性，但可能导致线程等待，降低了并发性能。但其在JDK 1.6之后进行了很多优化，性能有所提升。 Java的JUC原子类提供了一种高效的方式来处理并发中的线程安全问题，尤其适用于那些对性能敏感且并发冲突较少的场景。而锁机制则提供了更为全面的并发控制，能够应对更复杂的并发场景。开发者应根据具体需求选择合适的方法。