原子变量(AtomicLong, AtomicInteger, AtomicReference)

原文转载：http://meng-lin.iteye.com/blog/485281，在此基础上加以修改，非常感谢原作者。

多线程 thread 

J2SE 5.0提供了一组atomic class来帮助我们简化同步处理。基本工作原理是使用了同步synchronized的方法实现了对一个long, integer, 对象的增、减、赋值（更新）操作. 比如对于++运算符AtomicInteger可以将它持有的integer 能够atomic 地递增。在需要访问两个或两个以上 atomic变量的程序代码（或者是对单一的atomic变量执行两个或两个以上的操作）通常都需要被synchronize以便两者的操作能够被当作是一个atomic的单元。 

对array atomic变量来说，一次只有一个索引变量可以变动，并没有功能可以对整个array做atomic化的变动。 

关于Atomic的几个方法 
getAndSet() : 设置新值，返回旧值. 
compareAndSet(expectedValue, newValue) : 如果当前值(current value)等于期待的值(expectedValue), 则原子地更新指定值为新值(newValue), 如果更新成功，返回true, 否则返回false, 换句话可以这样说: 将原子变量设置为新的值, 但是如果从我上次看到的这个变量之后到现在被其他线程修改了(和我期望看到的值不符), 那么更新失败 

AtomicInteger，一个提供原子操作的Integer的类。在Java语言中，++i和i++操作并不是线程安全的，在使用的时候，不可避免的会用到synchronized关键字。而AtomicInteger则通过一种线程安全的加减操作接口。

来看AtomicInteger提供的接口。

//获取当前的值

public final int get()

//取当前的值，并设置新的值

 public final int getAndSet(int newValue)

//获取当前的值，并自增

 public final int getAndIncrement()

//获取当前的值，并自减

public final int getAndDecrement()

//获取当前的值，并加上预期的值

public final int getAndAdd(int delta)

从effective java (2)中拿来的一个关于AtomicReference的一个例子: 
Java代码 

public class AtomicTest {
    private int x, y;

    private enum State {
        NEW, INITIALIZING, INITIALIZED
    };

    private final AtomicReference<State> init = new AtomicReference<State>(State.NEW);

    public AtomicTest() {
    }

    public AtomicTest(int x, int y) {
        initialize(x, y);
    }

    private void initialize(int x, int y) {
        if (!init.compareAndSet(State.NEW, State.INITIALIZING)) {
            throw new IllegalStateException("initialize is error");
        }
        this.x = x;
        this.y = y;
        init.set(State.INITIALIZED);
    }

    public int getX() {
        checkInit();
        return x;
    }

    public int getY() {
        checkInit();
        return y;
    }

    private void checkInit() {
        if (init.get() == State.INITIALIZED) {
            throw new IllegalStateException("uninitialized");
        }
    }

}

上面的例子比较容易懂, 不过貌似没什么价值, 而在实际的应用中, 我们一般采用下面的方式来使用atomic class: 
Java代码 

public class CounterTest {
    AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    public int count() {
        int result;
        boolean flag;
        do {
            result = counter.get();
            // 断点
            // 单线程下, compareAndSet返回永远为true,
            // 多线程下, 在与result进行compare时, counter可能被其他线程set了新值, 这时需要重新再取一遍再比较,
            // 如果还是没有拿到最新的值, 则一直循环下去, 直到拿到最新的那个值
            flag = counter.compareAndSet(result, result + 1);
        } while (!flag);

        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        final CounterTest c = new CounterTest();
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                c.count();
            }
        }.start();

        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                c.count();
            }
        }.start();

        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                c.count();
            }
        }.start();
    }
}

类似i++这样的"读-改-写"复合操作(在一个操作序列中, 后一个操作依赖前一次操作的结果), 在多线程并发处理的时候会出现问题, 因为可能一个线程修改了变量, 而另一个线程没有察觉到这样变化, 当使用原子变量之后, 则将一系列的复合操作合并为一个原子操作,从而避免这种问题, i++=>i.incrementAndGet() 
原子变量只能保证对一个变量的操作是原子的, 如果有多个原子变量之间存在依赖的复合操作, 也不可能是安全的, 另外一种情况是要将更多的复合操作作为一个原子操作, 则需要使用synchronized将要作为原子操作的语句包围起来. 因为涉及到可变的共享变量(类实例成员变量)才会涉及到同步, 否则不必使用synchronized

API: http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/concurrent/atomic/AtomicInteger.html