4. 原子引用AtomicReference

PangHu大约 4 分钟

原子引用

AtomicReference 类提供了对象引用的非阻塞原子性读写操作，对比原子更新基本类型的 AtomicInteger ，只能更新一个变量，如果要原子更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic 包提供了以下 3 个类。

原子类型常用方法如下

方法名	说明
`V get()`	以原子方式获取当前值
`void set(V newValue)`	以原子方式赋值给定值
`boolean compareAndSet(V expect, V update)`	如果当前值 `==`为预期值，则将值设置为给定的更新值。
`boolean weakCompareAndSet(V expect, V update)`	如果当前值为 `==` ，则将原值设置为给定的更新值,就算相等也不一定设置成功。
`V getAndSet(V newValue)`	将原子设置为给定值并返回旧值。
........
`JDK 1.8 新增`
`V getAndUpdate(UnaryOperator<V> updateFunction)`	使用应用给定函数的结果原子更新当前值，返回上一个值。
`V updateAndGet(UnaryOperator<V> updateFunction)`	使用给定函数的结果原子更新当前值，返回更新的值。
`V getAndAccumulate(V x, BinaryOperator<V> accumulatorFunction)`	使用给定函数应用给当前值和给定值的结果原子更新当前值，返回上一个值。
`V accumulateAndGet(V x,BinaryOperator<V> accumulatorFunction)`	使用将给定函数应用于当前值和给定值的结果原子更新当前值，返回更新后的值。
........

小试牛刀

为了帮助大家理解，通过教师投票数的场景，进行案例讲解，教师类被设计为不可变对象，一旦创建就无法进行修改。类中只包含两个字段名：教师名，得票数。具体教师类代码如下：

public class Teacher {

    /**
     * 教师名称
     */
    public volatile String name;

    /**
     * 学生投票数
     */
    public volatile int ticketNum;

    public Teacher(String name, int ticketNum) {
        this.name = name;
        this.ticketNum = ticketNum;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getTicketNum() {
        return ticketNum;
    }
}

AtomicReference 案例演示

这是一个天理不容的场景，小春哥一直兢兢业业工作，获得无数学生的芳心，临近期末通过学生投票评选一年一度的优秀教师，懵懂少年一直嫉妒我，拿到我的信息，解锁了最佳优秀的教师信箱，并自己的票数修改了，然后将信息放入信箱。代码演示如下：

public class AtomicExample6 {
    /**
     * 引用类型 AtomicReference
     */
    private static AtomicReference<Teacher> atomicReference = new AtomicReference<>();
    
    private static BinaryOperator<Teacher> binaryOperator = new BinaryOperator<Teacher>() {
        @Override
        public Teacher apply(Teacher teacher, Teacher teacher2) {
            // 返回新值
            return teacher2;
        }
    };
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = new Teacher("小春哥", 200);
        // 将当前对象设置到引用对象 AtomicReference 中
        atomicReference.set(teacher);
        Teacher updateTeacher = new Teacher("懵懂少年", 180);
        // teacher 和 引用类型AtomicReference 保存的对象一致 则能修改成功 
        atomicReference.compareAndSet(teacher, updateTeacher);
        System.out.println(atomicReference.get().getNamne());
        System.out.println(atomicReference.get().getTicketNum());
         Teacher accumulateTeacher = new Teacher("懵懂少年", 210);
        // 原子性地更新指定对象，并且返回AtomicReference更新后的值
        atomicReference.accumulateAndGet(accumulateTeacher, binaryOperator);
        System.out.println(atomicReference.get().getName());
        System.out.println(atomicReference.get().getTicketNum());
    }
}

被成功修改的结果如下：

懵懂少年
180
懵懂少年
210

AtomicReference 除了引用对象的使用，对于基本类型也是可以进行操作的。

AtomicReferenceFieldUpdater 案例演示

AtomicReferenceFieldUpdater是一个基于反射的类，它允许原子更新指定类的指定voltile字段。小春哥只是暂时代课，无法参与学生投票，学校就直接将我的票数，转交给了我帮忙代课的老师了。代码演示如下：

public class AtomicExample7 {

    /**
     * 引用类型 AtomicReferenceFieldUpdater
     */
    private static AtomicReferenceFieldUpdater referenceFieldUpdater = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(Teacher.class, String.class, "name");


    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = new Teacher("小春哥", 200);

        referenceFieldUpdater.compareAndSet(teacher, "小春哥", "山间木匠");

        System.out.println("修改后的name为:" + teacher.getName());
        System.out.println("修改后的票数为:" + teacher.getTicketNum());

    }

}

被成功修改的结果如下：

修改后的name为:山间木匠
修改后的票数为:200

AtomicMarkableReference 案例演示

能解决 ABA 问题？？？，AtomicMarkableReference 通过 boolean 值作为是否更改的标记，所以他的版本号只有 true 和false。在并发中如果两个版本号不断地切换，任然不能很好地解决 ABA 问题，只是从某种程度降低了ABA事件发生。

当增强版信箱还没有关闭的时候，懵懂少年修改了之前的票数，修改之后害怕自己遭受质疑，通过上一次的版本又再一次修改了自己的票数。代码演示如下：

public class AtomicExample8 {

    public static void main(String[] args) {

        Teacher teacher = new Teacher( "小春哥",200);
        AtomicMarkableReference<Teacher> markableReference = new AtomicMarkableReference<>(teacher, true);
        Teacher newTeacher = new Teacher("懵懂少年",210);

        System.out.println("当前返回状态: "+markableReference.compareAndSet(teacher, newTeacher, true, false));
        System.out.println("AtomicMarkableReference 状态: "+markableReference.isMarked());
        Teacher twoTeacher = new Teacher("懵懂少年",201);
        System.out.println("当前返回状态 状态: "+markableReference.compareAndSet(newTeacher, twoTeacher, false, false));
        System.out.println("AtomicMarkableReference 状态: " + markableReference.isMarked());


    }

}

被成功修改的结果如下：

当前返回状态: true
AtomicMarkableReference 状态: false
当前返回状态 状态: true
AtomicMarkableReference 状态: false

总结

本章节通过案例演示了原子引用AtomicReference、AtomicReferenceFieldUpdater、AtomicMarkableReference，感兴趣的小伙伴可以通过代码进行进一步的分析。