Java多線程進(jìn)階（十五）—— J.U.C之a(chǎn)tomic框架：Atomic數(shù)組

lunaticf 發(fā)布于2019-08-19 10:51 / 692人閱讀

摘要：注意原子數(shù)組并不是說可以讓線程以原子方式一次性地操作數(shù)組中所有元素的數(shù)組。類的方法返回指定類型數(shù)組的元素所占用的字節(jié)數(shù)。，是將轉(zhuǎn)換為進(jìn)制，然后從左往右數(shù)連續(xù)的個(gè)數(shù)。

本文首發(fā)于一世流云的專欄：https://segmentfault.com/blog...

一、Atomic數(shù)組簡介

Atomic數(shù)組，顧名思義，就是能以原子的方式，操作數(shù)組中的元素。

JDK提供了三種類型的原子數(shù)組：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray。

這三種類型大同小異，AtomicIntegerArray對(duì)應(yīng)AtomicInteger，AtomicLongArray對(duì)應(yīng)AtomicLong，AtomicReferenceArray對(duì)應(yīng)AtomicReference。

其實(shí)閱讀源碼也可以發(fā)現(xiàn)，這些數(shù)組原子類與對(duì)應(yīng)的普通原子類相比，只是多了通過索引找到內(nèi)存中元素地址的操作而已。

注意：原子數(shù)組并不是說可以讓線程以原子方式一次性地操作數(shù)組中所有元素的數(shù)組。
而是指對(duì)于數(shù)組中的每個(gè)元素，可以以原子方式進(jìn)行操作。

說得簡單點(diǎn)，原子數(shù)組類型其實(shí)可以看成原子類型組成的數(shù)組。

比如：

AtomicIntegerArray  array = new AtomicIntegerArray(10);
array.getAndIncrement(0);   // 將第0個(gè)元素原子地增加1

等同于

AtomicInteger[]  array = new AtomicInteger[10];
array[0].getAndIncrement();  // 將第0個(gè)元素原子地增加1

二、AtomicIntegerArray原理

本節(jié)將以AtomicIntegerArray為例，介紹下原子數(shù)組的原理，AtomicLongArray和AtomicReferenceArray的使用和源碼與AtomicIntegerArray大同小異，讀者可以自己查看Oracle官方文檔和源碼。

AtomicIntegerArray其實(shí)和其它原子類區(qū)別并不大，只不過構(gòu)造的時(shí)候傳入的是一個(gè)int[]數(shù)組，然后底層通過Unsafe類操作數(shù)組：

可以看到，AtomicIntegerArray提供了兩種構(gòu)造器，本質(zhì)都是內(nèi)部利用array變量保存一個(gè)int[]數(shù)組引用。

另外，AtomicIntegerArray利用Unsafe類直接操作int[]對(duì)象的內(nèi)存地址，以達(dá)到操作數(shù)組元素的目的，幾個(gè)關(guān)鍵的變量解釋如下：

int base = unsafe.arrayBaseOffset(int[].class);
Unsafe類的arraBaseOffset方法：返回指定類型數(shù)組的第一個(gè)元素地址相對(duì)于數(shù)組起始地址的偏移值。

int scale = unsafe.arrayIndexScale(int[].class);
Unsafe類的arrayIndexScale方法：返回指定類型數(shù)組的元素所占用的字節(jié)數(shù)。比如int[]數(shù)組中的每個(gè)int元素占用4個(gè)字節(jié)，就返回4。

那么，通過base + i * sacle 其實(shí)就可以知道索引i的元素在數(shù)組中的內(nèi)存起始地址。
但是，觀察AtomicIntegerArray的byteOffset方法，是通過i << shift + base 的公式計(jì)算元素的起始地址的：
$$ i << shift + base = i * 2^{shift} + base $$

這里，$$ 2^{shift} $$其實(shí)就等于scale。

shift = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale)，Integer.numberOfLeadingZeros(scale)是將scale轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制，然后從左往右數(shù)連續(xù)0的個(gè)數(shù)。

讀者可以自己計(jì)算下：
shift = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(4) = 31 - 29 =2

之所以要這么繞一圈，其實(shí)是處于性能的考慮，通過移位計(jì)算乘法的效率往往更高。

三、AtomicIntegerArray接口聲明