在多线程编程中，确保线程安全是一个关键问题。AtomicBoolean 和 AtomicReference 是 Java 提供的原子变量类，用于在多线程环境中安全地操作布尔值和引用类型。然而，错误地使用这些原子类可能会导致并发问题。本文将通过一个常见的错误用法示例，探讨如何正确使用 AtomicBoolean 和 AtomicReference，并深入分析其工作原理和应用场景。
错误示例
以下是一个错误使用 AtomicBoolean 的示例：
private val isRegistered = AtomicBoolean(false)
override fun registerBroadcast() {
if (isRegistered.get().not()) {
registerBroadcast()
}
}
fun registerBroadcast(){
isRegistered.set(true)
*****
}
在这个示例中，registerBroadcast 方法试图通过检查 isRegistered 的值来决定是否调用 registerBroadcast 方法。然而，这种用法存在潜在的并发问题。
问题分析
上述代码的问题在于 isRegistered.get().not() 和 registerBroadcast() 之间没有任何同步机制。假设有两个线程同时调用 registerBroadcast 方法：
- 线程 A 调用
isRegistered.get().not()，返回true。 - 线程 B 也调用
isRegistered.get().not()，也返回true。 - 线程 A 调用
registerBroadcast()。 - 线程 B 也调用
registerBroadcast()。
结果是 registerBroadcast 方法被调用了两次，这显然不是预期的行为。
正确用法
为了确保 registerBroadcast 方法只被调用一次，我们需要使用 AtomicBoolean 的原子操作。compareAndSet 方法可以确保在检查和设置值时的原子性：
private val isRegistered = AtomicBoolean(false)
override fun registerBroadcast() {
if (isRegistered.compareAndSet(false, true)) {
registerBroadcast()
}
}
在这个改进的版本中，compareAndSet(false, true) 方法会在 isRegistered 的值为 false 时将其设置为 true，并返回 true。如果 isRegistered 的值已经是 true，则返回 false。这样可以确保 registerBroadcast 方法只会被调用一次。
深入理解 AtomicBoolean 和 AtomicReference
AtomicBoolean 和 AtomicReference 是 Java 中 java.util.concurrent.atomic 包的一部分，它们提供了一种在多线程环境中安全操作布尔值和引用类型的方式。AtomicBoolean 和 AtomicReference 使用了底层的硬件支持（如 CAS 操作）来确保操作的原子性。
- CAS（Compare-And-Swap）：CAS 是一种原子操作，它比较内存中的值与预期值，如果相等则更新为新值。这个操作是原子的，意味着在多线程环境中不会出现竞态条件。
- **CAS更加详细的解析 深入解析Android中的CAS与synchronized并发控制：LifecycleScope与ViewModelScope源码分析
应用场景
AtomicBoolean 和 AtomicReference 适用于以下场景：
- 单次初始化：确保某个操作（如资源初始化、注册广播等）只执行一次。
- 状态标记：在多线程环境中标记某个状态（如任务是否完成、资源是否释放等）。
- 轻量级锁：在某些情况下，可以使用
AtomicBoolean实现轻量级的锁机制。
实际案例：Android 系统源码中的 Lifecycle.coroutineScope
在 Android 系统源码中，有一个使用 AtomicReference 的示例，它确保 LifecycleCoroutineScope 只被初始化一次：
public val Lifecycle.coroutineScope: LifecycleCoroutineScope
get() {
while (true) {
val existing = internalScopeRef.get() as LifecycleCoroutineScopeImpl?
if (existing != null) {
return existing
}
val newScope = LifecycleCoroutineScopeImpl(
this,
SupervisorJob() + Dispatchers.Main.immediate
)
if (internalScopeRef.compareAndSet(null, newScope)) {
newScope.register()
return newScope
}
}
}
public var internalScopeRef: AtomicReference<Any> = AtomicReference<Any>()
详细解释
internalScopeRef：这是一个AtomicReference，用于存储LifecycleCoroutineScopeImpl的实例。get方法：在get方法中，首先尝试获取internalScopeRef的当前值。如果已经存在一个LifecycleCoroutineScopeImpl实例，则直接返回。- 创建新实例：如果
internalScopeRef为空，则创建一个新的LifecycleCoroutineScopeImpl实例。 compareAndSet方法：使用compareAndSet(null, newScope)方法确保只有一个线程能够成功将internalScopeRef从null设置为newScope。如果成功，则注册并返回新的LifecycleCoroutineScopeImpl实例。
其他注意事项
- 初始化：确保
AtomicBoolean和AtomicReference在使用前已经正确初始化。 - 其他原子类：Java 提供了其他原子类，如
AtomicInteger、AtomicLong和AtomicReference，它们也可以用于类似的场景。 - 性能：虽然原子操作比锁更高效，但在高并发场景下，仍需注意性能问题。
实际案例
假设我们有一个需要在多线程环境中初始化的资源，我们可以使用 AtomicBoolean 来确保初始化操作只执行一次：
class ResourceInitializer {
private val isInitialized = AtomicBoolean(false)
fun initialize() {
if (isInitialized.compareAndSet(false, true)) {
// 执行初始化操作
println("Resource initialized")
} else {
println("Resource already initialized")
}
}
}
fun main() {
val initializer = ResourceInitializer()
val threads = List(10) {
Thread {
initializer.initialize()
}
}
threads.forEach { it.start() }
threads.forEach { it.join() }
}
在这个示例中，无论有多少线程同时调用 initialize 方法，初始化操作只会执行一次。
总结
在多线程编程中，正确使用 AtomicBoolean 和 AtomicReference 等原子类可以帮助我们避免并发问题。通过使用 compareAndSet 方法，我们可以确保操作的原子性，从而避免多个线程同时执行不安全的操作。希望本文能帮助你更好地理解和使用 AtomicBoolean 和 AtomicReference，编写出更加健壮的多线程代码。
