使用JUC包的AtomicXxxFieldUpdater实现更新的原子性

写在前面

本文一起来看下使用JUC包的AtomicXxxxFieldUpdater实现更新的原子性。代码位置如下：

当前有针对int，long，ref三种类型的支持。如果你需要其他类型的支持的话，也可以照葫芦画瓢。

1：例子

1.1：普通方式

程序：

package x;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class NormalUpdaterTest {CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Account account = new Account(0);List<Thread> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 20; i++) {Thread t = new Thread(new Task(account));list.add(t);t.start();}for (Thread t : list) {t.join();}System.out.println(account.toString());}private static class Task implements Runnable {private Account account;Task(Account account) {this.account = account;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 5; i++) {try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}account.increMoney();}}}static class Account {private volatile int money;public Account(int initial) {this.money = initial;}public void increMoney() {money++;}public int getMoney() {return money;}@Overridepublic String toString() {return "Account{" +"money=" + money +'}';}}
}

我们期望的结果是100，但结果往往是比100小的，因为整个操作过程并不是线程安全的，根本原因是这个i++它不是原子的，而是三步走，首先拿到i，接着对i+1，最后将i+1的结果写回内存，所以大概率存在盖结果情况发生，运行如下：

Account{money=91}Process finished with exit code 0

当然这个结果并不是固定不变，因为存在偶然性，但一般都是小于100的。

1.2：原子方式

package x;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;public class FieldlUpdaterTest {CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Account account = new Account(0);List<Thread> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 20; i++) {Thread t = new Thread(new Task(account));list.add(t);t.start();}for (Thread t : list) {t.join();}System.out.println(account.toString());}private static class Task implements Runnable {private Account account;Task(Account account) {this.account = account;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 5; i++) {try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}account.increMoney();}}}static class Account {private volatile int money;private AtomicIntegerFieldUpdater fieldUpdater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Account.class, "money");public Account(int initial) {this.money = initial;}public void increMoney() {
//            money++;
//            fieldUpdater.incrementAndGet(money);// 以原子的方式更新this的moneyfieldUpdater.incrementAndGet(this);}public int getMoney() {return money;}@Overridepublic String toString() {return "Account{" +"money=" + money +'}';}}
}

相比于普通方式增加了AtomicIntegerFieldUpdater fieldUpdater专门用来负责更新，更新逻辑也对应的变为fieldUpdater.incrementAndGet(this);，这个时候再运行：

Account{money=100}Process finished with exit code 0

就对了，因为此时加了cas的乐观锁。

2：源码分析

首先看下代码AtomicIntegerFieldUpdater fieldUpdater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Account.class, "money");:

AtomicIntegerFieldUpdaterImpl(final Class<T> tclass,final String fieldName,final Class<?> caller) {final Field field;final int modifiers;try {...} catch (Exception ex) {throw new RuntimeException(ex);}...// 获取要更新的类和字段的内存偏移量this.cclass = (Modifier.isProtected(modifiers) &&tclass.isAssignableFrom(caller) &&!isSamePackage(tclass, caller))? caller : tclass;this.tclass = tclass;this.offset = U.objectFieldOffset(field);
}

代码fieldUpdater.incrementAndGet(this);:

// java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater.AtomicIntegerFieldUpdaterImpl#getAndAdd
public final int getAndAdd(T obj, int delta) {accessCheck(obj);// 基于偏移量完成更新，其中getAndAddInt是cas的return U.getAndAddInt(obj, offset, delta);
}// sun.misc.Unsafe#getAndAddIntsun.misc.Unsafe#getAndAddInt
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {int var5;do {var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));return var5;
}

注意代码} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));当compare不成功的时候就会返回false，会尝试再次做+1操作，即自旋，直到成功。

3：相比于AtomicXxx的优势

更小的内存占用，为什么呢?比如如下代码：

class Account {private volatile int money;
}

如果改造为AtomicInteger的方式则为；

class Account {private volatile AtomicInteger money = new AtomicInteger(0);
}

AtomicInteger money的大小在不考虑padding的情况下大概为16字节对象头+4字节的对象内容，即20个字节，那么创建100个对象大小就是2000个字节，但如果是使用AtomicXxxFieldUpdater的代码就如下：

    private volatile int money;private static AtomicIntegerFieldUpdater fieldUpdater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Account.class, "money");
}

这里我们简单的假定AtomicIntegerFieldUpdater fieldUpdater的大小是24个字节，int money的大小是4个字节。此时我们创建100个对象，money和fieldUpdater占用的大小就是4*100+24，即424，因为fieldUpdater是静态的，所以只有独一份。
可以看到AtomicIntegerFieldUpdater的方式占用了比AtomicInteger少得多的内存，而占用更少的内存，也意味着你的程序不需要申请更多的内存，所以程序执行的速度也会更快。

写在后面

参考文章列表

jvm之对象大小分析。

多线程之JUC 。