java.util.concurrent.atomic 包下的 Atomic 类java.util.concurrent

java.util.concurrent.atomic 包提供了一组基于 CAS（Compare-And-Swap） 操作的线程安全类，用于在多线程环境中以原子方式操作变量。这些类通过硬件级别的原子操作（CAS）实现线程安全，避免了传统锁机制的开销。

1. Atomic 类的分类

java.util.concurrent.atomic 包下的主要 Atomic 类可以分为以下几类：

1.1 基本类型的 Atomic 类

AtomicBoolean：用于以原子方式操作布尔值（boolean）。
AtomicInteger：用于以原子方式操作整数（int）。
AtomicLong：用于以原子方式操作长整数（long）。

1.2 引用类型的 Atomic 类

AtomicReference<V> ：用于以原子方式操作引用类型的变量。
AtomicStampedReference<V> ：用于以原子方式操作引用类型的变量，同时解决 CAS 的 ABA 问题。
AtomicMarkableReference<V> ：用于以原子方式操作引用类型的变量，并附带一个布尔标志位。

1.3 数组类型的 Atomic 类

AtomicIntegerArray：用于以原子方式操作 int 类型的数组。
AtomicLongArray：用于以原子方式操作 long 类型的数组。
AtomicReferenceArray<E> ：用于以原子方式操作引用类型的数组。

1.4 累加器和计数器

LongAdder 和 DoubleAdder：用于高效地累加 long 和 double 类型的值，适合高并发场景。
LongAccumulator 和 DoubleAccumulator：支持自定义累加函数的高效累加器。

2. 常用 Atomic 类及其方法

以下是每个常用 Atomic 类的详细介绍，包括常用方法及其原子性保证原理。

2.1 `AtomicBoolean`

作用：以原子方式操作布尔值（boolean）。

常用方法：

get() ：获取当前值。
set(boolean newValue) ：设置新值。
compareAndSet(boolean expect, boolean update) ：
- 如果当前值等于 expect，则更新为 update，否则不更新。
getAndSet(boolean newValue) ：
- 将值设置为 newValue，并返回旧值。

原子性保证：

通过底层的 CAS 操作（compareAndSwapInt）实现。
CAS 操作依赖于硬件指令（如 x86 的 CMPXCHG 或 ARM 的 LDREX/STREX），能够在硬件层面保证比较和更新操作的原子性。

2.2 `AtomicInteger`

作用：以原子方式操作整数（int）。

常用方法：

get() ：获取当前值。
set(int newValue) ：设置新值。
compareAndSet(int expect, int update) ：
- 如果当前值等于 expect，则更新为 update，否则不更新。
getAndIncrement() ：
- 将当前值加 1，并返回旧值。
incrementAndGet() ：
- 将当前值加 1，并返回新值。
getAndAdd(int delta) ：
- 将当前值加上 delta，并返回旧值。
addAndGet(int delta) ：
- 将当前值加上 delta，并返回新值。

原子性保证：

通过底层的 CAS 操作（compareAndSwapInt）实现。
如果 CAS 操作失败，方法会进入自旋状态，直到更新成功。

2.3 `AtomicLong`

作用：以原子方式操作长整数（long）。

常用方法：

get() ：获取当前值。
set(long newValue) ：设置新值。
compareAndSet(long expect, long update) ：
- 如果当前值等于 expect，则更新为 update，否则不更新。
getAndIncrement() ：
- 将当前值加 1，并返回旧值。
incrementAndGet() ：
- 将当前值加 1，并返回新值。
getAndAdd(long delta) ：
- 将当前值加上 delta，并返回旧值。
addAndGet(long delta) ：
- 将当前值加上 delta，并返回新值。

原子性保证：

与 AtomicInteger 类似，依赖底层的 CAS 操作（compareAndSwapLong）。

2.4 `AtomicReference<V>`

作用：以原子方式操作引用类型的变量。

常用方法：

get() ：获取当前引用。
set(V newValue) ：设置新引用。
compareAndSet(V expect, V update) ：
- 如果当前引用等于 expect，则更新为 update，否则不更新。
getAndSet(V newValue) ：
- 将引用设置为 newValue，并返回旧引用。

原子性保证：

通过底层的 CAS 操作（compareAndSwapObject）实现。

2.5 `AtomicStampedReference<V>`

作用：以原子方式操作引用类型的变量，同时解决 CAS 的 ABA 问题。

常用方法：

getReference() ：获取当前引用。
getStamp() ：获取当前版本号（Stamp）。
compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) ：
- 如果当前引用等于 expectedReference 且版本号等于 expectedStamp，则更新为 newReference 和 newStamp。
get() ：
- 同时获取引用和版本号。

原子性保证：

在引用的基础上增加了版本号，通过版本号解决 ABA 问题。

2.6 `AtomicIntegerArray`

作用：以原子方式操作 int 类型的数组。

常用方法：

get(int index) ：获取指定索引的值。
set(int index, int newValue) ：设置指定索引的值。
compareAndSet(int index, int expect, int update) ：
- 如果指定索引的值等于 expect，则更新为 update。
getAndIncrement(int index) ：
- 将指定索引的值加 1，并返回旧值。

原子性保证：

每个数组元素的操作通过 CAS 实现，保证线程安全。

3. 原子性保证的原理

1. CAS（Compare-And-Swap）

核心思想：
- 比较内存中的值是否等于预期值（expected）。
- 如果相等，则将内存中的值更新为新值（update）。
- 如果不相等，则不更新，并返回失败。
硬件支持：
- CAS 操作依赖于 CPU 提供的原子指令（如 x86 的 CMPXCHG 或 ARM 的 LDREX/STREX）。
- 这些指令能够在硬件层面保证比较和更新操作的原子性。

2. 自旋重试

如果 CAS 操作失败，Atomic 类的方法会进入自旋状态，重新尝试，直到操作成功。

3. 不可分割性

CAS 操作是不可分割的，能够在多线程环境下保证数据的一致性。

4. 优缺点

优点

线程安全：
- 通过 CAS 操作实现线程安全，无需显式加锁。
高性能：
- 避免了传统锁机制的开销（如线程阻塞和上下文切换）。
简单易用：
- 提供了原子操作的封装，API 简单。

缺点

自旋开销：
- 如果 CAS 操作失败，可能导致自旋重试，浪费 CPU 资源。
ABA 问题：
- 在某些场景下，CAS 操作可能会遇到 ABA 问题，需要额外处理（如使用 AtomicStampedReference）。

5. 总结

java.util.concurrent.atomic 包的作用：
- 提供了一组线程安全的类，用于以原子方式操作变量。
常用类：
- AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等。
原子性保证：
- 通过底层的 CAS 操作和自旋重试机制实现。
适用场景：
- 高并发环境下的计数器、标志位、引用更新等。

getAndSet 方法是如何保证原子性的

`getAndSet` 方法的原子性保证

getAndSet 是 Java 并发包中 Atomic 类（如 AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicReference 等）提供的一个方法，用于以原子方式将变量设置为新值，并返回设置前的旧值。

方法定义

以 AtomicBoolean 为例，getAndSet 方法的定义如下：

public final boolean getAndSet(boolean newValue) {
    boolean prev;
    do {
        prev = get(); // 获取当前值
    } while (!compareAndSet(prev, newValue)); // CAS 操作
    return prev; // 返回旧值
}

`getAndSet` 的作用

功能：
- 将变量的值设置为 newValue。
- 返回设置前的旧值。
线程安全：
- 通过底层的 CAS（Compare-And-Swap） 操作保证线程安全。
原子性：
- 整个操作（获取旧值并设置新值）是不可分割的，多个线程同时调用时不会出现竞态条件。

2. `getAndSet` 的实现原理

1. 基于 CAS 实现

getAndSet 的核心是通过 CAS（Compare-And-Swap） 操作实现的。CAS 是一种硬件级别的原子操作，能够在多线程环境下安全地比较和更新变量的值。

2. 工作流程

以下是 getAndSet 的工作流程：

获取当前值：
- 调用 get() 方法读取当前值。
尝试更新值：
- 使用 compareAndSet 方法尝试将当前值更新为新值。
- 如果当前值未被其他线程修改，则更新成功。
- 如果当前值已被其他线程修改，则重试。
返回旧值：
- 当 CAS 操作成功时，返回旧值。

3. 自旋重试

如果 CAS 操作失败（即当前值已被其他线程修改），getAndSet 会进入自旋状态，重新获取当前值并重试，直到更新成功。

3. `getAndSet` 的原子性保证

1. CAS 的原子性

CAS 操作依赖于底层硬件指令（如 x86 架构的 CMPXCHG 指令或 ARM 架构的 LDREX/STREX 指令），这些指令能够在硬件层面保证比较和更新操作的原子性。
在多线程环境下，CAS 操作可以确保只有一个线程能够成功更新变量的值。

2. 自旋重试机制

如果 CAS 操作失败，getAndSet 会通过自旋重试的方式确保操作最终成功。
自旋重试的逻辑如下：
- 获取当前值。
- 尝试更新值。
- 如果失败，则重新获取当前值并重试。

3. 不可分割性

getAndSet 的整个操作（获取旧值并设置新值）是不可分割的。
即使多个线程同时调用 getAndSet，每个线程都会看到一个一致的旧值，并成功更新变量的值。

4. 示例代码

以下是一个使用 AtomicBoolean 的 getAndSet 示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

public class GetAndSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(false);

        // 使用 getAndSet 方法
        boolean oldValue = atomicBoolean.getAndSet(true);

        System.out.println("Old Value: " + oldValue); // 输出: false
        System.out.println("New Value: " + atomicBoolean.get()); // 输出: true
    }
}

执行流程

初始值为 false。
调用 getAndSet(true)：
- 获取当前值 false。
- 将值更新为 true。
- 返回旧值 false。
最终值为 true。

5. 多线程场景中的行为

以下是一个多线程场景下使用 getAndSet 的示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

public class MultiThreadGetAndSet {
    private static final AtomicBoolean flag = new AtomicBoolean(false);

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            boolean oldValue = flag.getAndSet(true);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - Old Value: " + oldValue);
        };

        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

可能的输出

Thread-0 - Old Value: false
Thread-1 - Old Value: true

解释

初始值为 false。
两个线程同时调用 getAndSet(true)：
- 第一个线程成功更新值，将值从 false 更新为 true，并返回旧值 false。
- 第二个线程读取到更新后的值 true，并返回旧值 true。

6. `getAndSet` 的优缺点

优点

线程安全：
- 通过 CAS 操作保证线程安全，无需显式加锁。
高性能：
- 避免了传统锁机制的开销（如线程阻塞和上下文切换）。
简单易用：
- 提供了原子操作的封装，API 简单。

缺点

自旋开销：
- 如果 CAS 操作失败，getAndSet 会进入自旋状态，可能导致 CPU 资源浪费。
适用场景有限：
- 仅适用于单个变量的原子更新，无法直接操作多个变量。

7. `getAndSet` 的底层实现

1. `Unsafe` 类的支持

getAndSet 的底层实现依赖于 Unsafe 类的 compareAndSwapXXX 方法。
示例（以 AtomicBoolean 为例）：

public final boolean getAndSet(boolean newValue) {
    boolean prev;
    do {
        prev = get(); // 获取当前值
    } while (!compareAndSet(prev, newValue)); // CAS 操作
    return prev; // 返回旧值
}

2. 硬件指令的支持

compareAndSet 方法通过 JNI 调用底层硬件指令（如 x86 的 CMPXCHG 或 ARM 的 LDREX/STREX）实现原子性。

8. 总结

getAndSet 的作用：
- 以原子方式将变量设置为新值，并返回旧值。
原子性保证：
- 通过底层的 CAS 操作和自旋重试机制实现。
适用场景：
- 适用于需要以线程安全的方式更新单个变量的场景。
优缺点：
- 优点：线程安全、高性能、简单易用。
- 缺点：自旋可能导致 CPU 资源浪费，适用场景有限。

`AtomicIntegerFieldUpdater` 和 `AtomicLongFieldUpdater`

AtomicIntegerFieldUpdater 和 AtomicLongFieldUpdater 是 Java 并发包（java.util.concurrent.atomic）中的两个工具类，用于以原子方式更新对象中指定的 int 或 long 类型的字段。这些类通过反射机制操作字段，并且可以避免直接使用锁来实现线程安全。

1. 为什么需要 `AtomicIntegerFieldUpdater` 和 `AtomicLongFieldUpdater`？

节省内存：
- 如果直接使用 AtomicInteger 或 AtomicLong，需要为每个字段创建一个独立的对象。
- 使用 AtomicIntegerFieldUpdater 或 AtomicLongFieldUpdater 可以直接操作对象的字段，避免额外的对象开销。
高效更新：
- 它们通过 CAS（Compare-And-Swap）操作实现线程安全，性能高于传统的锁机制。
灵活性：
- 允许对现有类的字段进行原子操作，而无需修改类的定义（如将字段改为 AtomicInteger）。

2. 使用限制

字段必须是 volatile 修饰的：
- 为了确保字段的可见性，AtomicIntegerFieldUpdater 和 AtomicLongFieldUpdater 要求被操作的字段必须用 volatile 修饰。
字段不能是 static 的：
- 这两个类只能操作实例字段，不能操作静态字段。
字段的访问权限：
- 如果字段是 private 或 protected，需要通过反射访问，调用者必须有足够的权限（如在同一个包中或通过设置 Accessible）。

3. `AtomicIntegerFieldUpdater` 的使用

定义

AtomicIntegerFieldUpdater 是一个工具类，用于以原子方式更新对象中 int 类型的字段。

常用方法

newUpdater(Class<T> tclass, String fieldName) ：
- 创建一个 AtomicIntegerFieldUpdater 实例。
- 参数：
  - tclass：包含目标字段的类。
  - fieldName：目标字段的名称。
get(T obj) ：
- 获取目标对象中字段的当前值。
set(T obj, int newValue) ：
- 设置目标对象中字段的新值。
compareAndSet(T obj, int expect, int update) ：
- 如果字段的当前值等于 expect，则将其更新为 update。
getAndIncrement(T obj) ：
- 将字段的值加 1，并返回旧值。
incrementAndGet(T obj) ：
- 将字段的值加 1，并返回新值。

示例代码

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

class Person {
    volatile int age; // 必须是 volatile 修饰的字段

    public Person(int age) {
        this.age = age;
    }
}

public class AtomicIntegerFieldUpdaterExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 AtomicIntegerFieldUpdater 实例
        AtomicIntegerFieldUpdater<Person> updater =
                AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Person.class, "age");

        Person person = new Person(25);

        // 获取当前值
        System.out.println("Initial Age: " + updater.get(person)); // 输出: 25

        // 更新值
        updater.set(person, 30);
        System.out.println("Updated Age: " + updater.get(person)); // 输出: 30

        // CAS 操作
        boolean success = updater.compareAndSet(person, 30, 35);
        System.out.println("CAS Success: " + success); // 输出: true
        System.out.println("Age after CAS: " + updater.get(person)); // 输出: 35

        // 自增操作
        int oldAge = updater.getAndIncrement(person);
        System.out.println("Old Age: " + oldAge); // 输出: 35
        System.out.println("New Age: " + updater.get(person)); // 输出: 36
    }
}

4. `AtomicLongFieldUpdater` 的使用

定义

AtomicLongFieldUpdater 是一个工具类，用于以原子方式更新对象中 long 类型的字段。

常用方法

与 AtomicIntegerFieldUpdater 类似，AtomicLongFieldUpdater 提供的方法包括：

newUpdater(Class<T> tclass, String fieldName) ：
- 创建一个 AtomicLongFieldUpdater 实例。
get(T obj) ：
- 获取目标对象中字段的当前值。
set(T obj, long newValue) ：
- 设置目标对象中字段的新值。
compareAndSet(T obj, long expect, long update) ：
- 如果字段的当前值等于 expect，则将其更新为 update。
getAndIncrement(T obj) ：
- 将字段的值加 1，并返回旧值。
incrementAndGet(T obj) ：
- 将字段的值加 1，并返回新值。

示例代码

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLongFieldUpdater;

class Account {
    volatile long balance; // 必须是 volatile 修饰的字段

    public Account(long balance) {
        this.balance = balance;
    }
}

public class AtomicLongFieldUpdaterExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 AtomicLongFieldUpdater 实例
        AtomicLongFieldUpdater<Account> updater =
                AtomicLongFieldUpdater.newUpdater(Account.class, "balance");

        Account account = new Account(1000L);

        // 获取当前值
        System.out.println("Initial Balance: " + updater.get(account)); // 输出: 1000

        // 更新值
        updater.set(account, 1500L);
        System.out.println("Updated Balance: " + updater.get(account)); // 输出: 1500

        // CAS 操作
        boolean success = updater.compareAndSet(account, 1500L, 2000L);
        System.out.println("CAS Success: " + success); // 输出: true
        System.out.println("Balance after CAS: " + updater.get(account)); // 输出: 2000

        // 自增操作
        long oldBalance = updater.getAndIncrement(account);
        System.out.println("Old Balance: " + oldBalance); // 输出: 2000
        System.out.println("New Balance: " + updater.get(account)); // 输出: 2001
    }
}

5. 原子性保证的原理

1. CAS（Compare-And-Swap）

AtomicIntegerFieldUpdater 和 AtomicLongFieldUpdater 的核心是 CAS 操作。
CAS 操作通过底层硬件指令（如 x86 的 CMPXCHG 或 ARM 的 LDREX/STREX）实现，能够在硬件层面保证比较和更新操作的原子性。

2. 反射机制

这两个类通过反射机制访问目标对象的字段。
在创建 Updater 时，newUpdater 方法会检查字段是否符合要求（如是否为 volatile），并通过反射获取字段的内存偏移量。

3. 内存偏移量

Updater 使用 Unsafe 类的 compareAndSwapXXX 方法，通过字段的内存偏移量直接操作内存，避免了传统的锁机制。

6. 优缺点

优点

节省内存：
- 避免了为每个字段创建独立的 AtomicInteger 或 AtomicLong 对象。
高性能：
- 通过 CAS 操作实现线程安全，性能高于传统锁机制。
灵活性：
- 可以对现有类的字段进行原子操作，而无需修改类的定义。

缺点

使用限制：
- 字段必须是 volatile 修饰的，且不能是 static。
复杂性：
- 需要通过反射访问字段，可能导致代码复杂度增加。
安全性：
- 如果字段是 private 或 protected，需要确保调用者有足够的权限。

7. 总结

AtomicIntegerFieldUpdater 和 AtomicLongFieldUpdater 的作用：
- 提供了一种高效的方式，以原子方式更新对象中的 int 或 long 类型字段。
适用场景：
- 高并发环境下的计数器、状态标志等。
原子性保证：
- 通过 CAS 操作和反射机制实现。
优缺点：
- 节省内存、高性能，但使用限制较多。

`AtomicReference`、`AtomicStampedReference` 和 `AtomicMarkableReference` 的详细介绍

这三个类都属于 java.util.concurrent.atomic 包，主要用于以原子方式操作引用类型的变量。它们的核心功能是基于 CAS（Compare-And-Swap） 操作实现线程安全，但它们的功能和适用场景有所不同。

1. `AtomicReference`

定义

AtomicReference<V> 是一个支持原子操作的类，用于操作引用类型的变量（如对象）。
它允许在多线程环境中安全地更新对象引用，而无需显式加锁。

常用方法

get() ：

获取当前引用的值。
示例：

AtomicReference<String> atomicReference = new AtomicReference<>("Initial");
System.out.println(atomicReference.get()); // 输出: Initial

set(V newValue) ：

将引用设置为指定的新值。
示例：

atomicReference.set("Updated");
System.out.println(atomicReference.get()); // 输出: Updated

compareAndSet(V expectedValue, V newValue) ：

如果当前引用等于 expectedValue，则将其更新为 newValue，否则不更新。
示例：

boolean result = atomicReference.compareAndSet("Initial", "New Value");
System.out.println(result); // 输出: false
System.out.println(atomicReference.get()); // 输出: Updated

getAndSet(V newValue) ：

将引用设置为 newValue，并返回设置前的旧值。
示例：

String oldValue = atomicReference.getAndSet("Final Value");
System.out.println(oldValue); // 输出: Updated
System.out.println(atomicReference.get()); // 输出: Final Value

适用场景

用于简单的引用更新操作。
适合没有 ABA 问题 的场景。

缺点

无法解决 CAS 的 ABA 问题（即值从 A 变为 B，然后又变回 A，CAS 操作会认为值没有变化）。

2. `AtomicStampedReference`

定义

AtomicStampedReference<V> 是 AtomicReference 的扩展，除了存储引用值外，还存储一个版本号（Stamp） 。
它主要用于解决 CAS 操作中的 ABA 问题。

常用方法

getReference() ：

获取当前引用的值。
示例：

AtomicStampedReference<String> atomicStampedRef = new AtomicStampedReference<>("Initial", 1);
System.out.println(atomicStampedRef.getReference()); // 输出: Initial

getStamp() ：

获取当前的版本号（Stamp）。
示例：

System.out.println(atomicStampedRef.getStamp()); // 输出: 1

compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) ：

如果当前引用等于 expectedReference 且版本号等于 expectedStamp，则将引用更新为 newReference，版本号更新为 newStamp。
示例：

boolean result = atomicStampedRef.compareAndSet("Initial", "Updated", 1, 2);
System.out.println(result); // 输出: true
System.out.println(atomicStampedRef.getReference()); // 输出: Updated
System.out.println(atomicStampedRef.getStamp()); // 输出: 2

get(int[] stampHolder) ：

同时获取引用值和版本号。
示例：

int[] stampHolder = new int[1];
String value = atomicStampedRef.get(stampHolder);
System.out.println("Value: " + value + ", Stamp: " + stampHolder[0]); // 输出: Value: Updated, Stamp: 2

适用场景

用于需要解决 ABA 问题 的场景。
例如：在多线程环境中，某个变量的值可能被其他线程多次修改并恢复为原值，导致 CAS 操作误判。

缺点

增加了版本号的管理，使用复杂度较高。

3. `AtomicMarkableReference`

定义

AtomicMarkableReference<V> 是 AtomicReference 的扩展，除了存储引用值外，还存储一个布尔标志位（Mark） 。
它主要用于标记引用的状态。

常用方法

getReference() ：

获取当前引用的值。
示例：

AtomicMarkableReference<String> atomicMarkableRef = new AtomicMarkableReference<>("Initial", false);
System.out.println(atomicMarkableRef.getReference()); // 输出: Initial

isMarked() ：

获取当前的标志位（Mark）。
示例：

System.out.println(atomicMarkableRef.isMarked()); // 输出: false

compareAndSet(V expectedReference, V newReference, boolean expectedMark, boolean newMark) ：

如果当前引用等于 expectedReference 且标志位等于 expectedMark，则将引用更新为 newReference，标志位更新为 newMark。
示例：

boolean result = atomicMarkableRef.compareAndSet("Initial", "Updated", false, true);
System.out.println(result); // 输出: true
System.out.println(atomicMarkableRef.getReference()); // 输出: Updated
System.out.println(atomicMarkableRef.isMarked()); // 输出: true

get(boolean[] markHolder) ：

同时获取引用值和标志位。
示例：

boolean[] markHolder = new boolean[1];
String value = atomicMarkableRef.get(markHolder);
System.out.println("Value: " + value + ", Mark: " + markHolder[0]); // 输出: Value: Updated, Mark: true

适用场景

用于需要附加状态标记的场景。
例如：在并发环境中，标志位可以用来表示某个引用是否被逻辑删除。

缺点

增加了标志位的管理，使用复杂度较高。

4. 三者的对比

特性	`AtomicReference`	`AtomicStampedReference`	`AtomicMarkableReference`
存储内容	引用值	引用值 + 版本号（Stamp）	引用值 + 标志位（Mark）
解决 ABA 问题	无法解决	通过版本号解决	无法解决
附加状态	无	版本号	布尔标志位
适用场景	简单的引用更新	需要解决 ABA 问题的场景	需要附加状态标记的场景
使用复杂度	简单	较复杂	较复杂

5. 示例场景

1. `AtomicReference` 的场景

简单的引用更新操作。
示例：实现线程安全的单例模式。

public class Singleton {
    private static final AtomicReference<Singleton> instance = new AtomicReference<>();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance.get() == null) {
            instance.compareAndSet(null, new Singleton());
        }
        return instance.get();
    }
}

2. `AtomicStampedReference` 的场景

解决 ABA 问题。
示例：模拟 ABA 问题的解决。

public class ABAProblem {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicStampedReference<String> ref = new AtomicStampedReference<>("A", 1);

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            int stamp = ref.getStamp();
            ref.compareAndSet("A", "B", stamp, stamp + 1);
            ref.compareAndSet("B", "A", stamp + 1, stamp + 2);
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            int stamp = ref.getStamp();
            boolean result = ref.compareAndSet("A", "C", stamp, stamp + 1);
            System.out.println("Update success: " + result); // 输出: false
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

3. `AtomicMarkableReference` 的场景

附加状态标记。
示例：逻辑删除。

public class LogicalDeletion {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicMarkableReference<String> ref = new AtomicMarkableReference<>("A", false);

        // 标记为逻辑删除
        ref.compareAndSet("A", "A", false, true);
        System.out.println("Is marked: " + ref.isMarked()); // 输出: true
    }
}

6. 总结

AtomicReference：
- 用于简单的引用更新操作。
- 无法解决 ABA 问题。
AtomicStampedReference：
- 在引用更新的基础上增加了版本号，用于解决 ABA 问题。
AtomicMarkableReference：
- 在引用更新的基础上增加了布尔标志位，用于附加状态标记。

java.util.concurrent.atomic 包下的 Atomic 类

1. Atomic 类的分类

1.1 基本类型的 Atomic 类

1.2 引用类型的 Atomic 类

1.3 数组类型的 Atomic 类

1.4 累加器和计数器

2. 常用 Atomic 类及其方法

2.1 AtomicBoolean

2.2 AtomicInteger

2.3 AtomicLong

2.4 AtomicReference<V>

2.5 AtomicStampedReference<V>

2.6 AtomicIntegerArray

3. 原子性保证的原理

1. CAS（Compare-And-Swap）

2. 自旋重试

3. 不可分割性

4. 优缺点

优点

缺点

5. 总结

getAndSet 方法是如何保证原子性的

getAndSet 方法的原子性保证

方法定义

getAndSet 的作用

2. getAndSet 的实现原理

1. 基于 CAS 实现

2. 工作流程

3. 自旋重试

3. getAndSet 的原子性保证

1. CAS 的原子性

2. 自旋重试机制

3. 不可分割性

4. 示例代码

执行流程

5. 多线程场景中的行为

可能的输出

解释

6. getAndSet 的优缺点

优点

缺点

7. getAndSet 的底层实现

1. Unsafe 类的支持

2. 硬件指令的支持

8. 总结

AtomicIntegerFieldUpdater 和 AtomicLongFieldUpdater

1. 为什么需要 AtomicIntegerFieldUpdater 和 AtomicLongFieldUpdater？

2. 使用限制

3. AtomicIntegerFieldUpdater 的使用

定义

常用方法

示例代码

4. AtomicLongFieldUpdater 的使用

定义

常用方法

示例代码

5. 原子性保证的原理

1. CAS（Compare-And-Swap）

2. 反射机制

3. 内存偏移量

6. 优缺点

优点

缺点

7. 总结

AtomicReference、AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference 的详细介绍

1. AtomicReference

定义

常用方法

适用场景

缺点

2. AtomicStampedReference

定义

常用方法

适用场景

缺点

3. AtomicMarkableReference

定义

常用方法

适用场景

缺点

2.1 `AtomicBoolean`

2.2 `AtomicInteger`

2.3 `AtomicLong`

2.4 `AtomicReference<V>`

2.5 `AtomicStampedReference<V>`

2.6 `AtomicIntegerArray`

`getAndSet` 方法的原子性保证

`getAndSet` 的作用

2. `getAndSet` 的实现原理

3. `getAndSet` 的原子性保证

6. `getAndSet` 的优缺点

7. `getAndSet` 的底层实现

1. `Unsafe` 类的支持

`AtomicIntegerFieldUpdater` 和 `AtomicLongFieldUpdater`

1. 为什么需要 `AtomicIntegerFieldUpdater` 和 `AtomicLongFieldUpdater`？

3. `AtomicIntegerFieldUpdater` 的使用

4. `AtomicLongFieldUpdater` 的使用

`AtomicReference`、`AtomicStampedReference` 和 `AtomicMarkableReference` 的详细介绍

1. `AtomicReference`

2. `AtomicStampedReference`

3. `AtomicMarkableReference`

1. `AtomicReference` 的场景

2. `AtomicStampedReference` 的场景

3. `AtomicMarkableReference` 的场景