java并发之AtomicInteger源码分析

AtomicInteger是Java提供的一种原子操作类，用于在多线程环境下进行原子操作，可以避免并发问题。在本文中，我们将对AtomicInteger的源代码进行分析，并解释其具体实现原理。

AtomicInteger继承自Number类，实现了java.io.Serializable接口，主要提供了以下方法：

1）getAndSet(int newValue)，获取当前值并将其设为新值；

2）getAndUpdate(IntUnaryOperator updateFunction)，获取当前值并使用updateFunction进行更新；

3）getAndAccumulate(int x, IntBinaryOperator accumulatorFunction)，获取当前值并使用accumulatorFunction更新为新值；

4）compareAndSet(int expect, int update)，比较并交换当前值；

5）getAndIncrement()/getAndDecrement()/getAndAdd(int delta)等。

AtomicInteger的实现原理是利用了JDK提供的sun.misc.Unsafe类，该类提供了访问底层内存的操作，属于JDK内部类，不建议直接使用。

AtomicInteger内部实现了一个volatile类型的int变量value，保证了内存可见性。在进行原子操作时，AtomicInteger类通过调用Unsafe类中的compareAndSwapInt方法来实现对内存的修改。

compareAndSwapInt方法可以理解为：“对于地址为V的内存位置，它的值为A，如果它的值现在为A，则使用B更新它，否则不做任何操作。”对A、B、V的操作都使用了volatile类型来保证JVM对内存操作的可见性和有序性。

在AtomicInteger实现原子操作时，它首先读取当前value的值，然后根据具体的操作进行计算得到新的值，再调用compareAndSet方法将新的值与旧的值进行比较并替换。如果新值替代了旧的值，则说明原子操作成功，否则需要重新计算并再次进行替换。

具体实现代码如下所示：

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;

static {
    try {
        valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
    } catch (Exception ex) { 
        throw new Error(ex);
    }
}

private volatile int value;

public final int get() {
    return value;
}

public final void set(int newValue) {
    value = newValue;
}

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

public final int getAndDecrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1);
}

public final int getAndAdd(int delta) {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}

public final int getAndSet(int newValue) {
    return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue);
}

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

public final int getAndUpdate(IntUnaryOperator updateFunction) {
    int oldValue, newValue;
    do {
        oldValue = get();
        newValue = updateFunction.applyAsInt(oldValue);
    } while (!compareAndSet(oldValue, newValue));
    return oldValue;
}

public final int getAndAccumulate(int x, IntBinaryOperator accumulatorFunction) {
    int oldValue, newValue;
    do {
        oldValue = get();
        newValue = accumulatorFunction.applyAsInt(oldValue, x);
    } while (!compareAndSet(oldValue, newValue));
    return oldValue;
}

在这段代码中，通过unsafe对象访问目标对象value的变量偏移量，从而确定value在内存中的地址。然后，在调用具体原子操作方法时，使用unsafe类的getAndAddInt和compareAndSwapInt方法来进行原子操作。

可以看出，AtomicInteger的实现基本都依赖于Unsafe类，从而对底层的内存进行原子操作。

总结

AtomicInteger提供了一种在多线程环境下进行原子操作的解决方案。其实现原理基于sun.misc.Unsafe类，采用了volatile类型的变量保证内存可见性，使用compareAndSwapInt方法实现对内存的原子操作。因此，如果需要在多线程环境下进行原子操作，建议使用AtomicInteger等原子操作类来避免出现并发问题。