Java中的java.util.concurrent.atomic包常用类_无锁原子操作

轻敏酱_3246

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2026-03-20

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原创

java中的java.util.concurrent.atomic包常用类_无锁原子操作

AtomicInteger incrementAndGet 为什么比 synchronized 快

因为不加锁,靠 CPU 的 CAS(Compare-And-Swap)指令原子更新值,避免线程阻塞和上下文切换开销。

但要注意:CAS 在高竞争下会反复重试,反而比锁更耗 CPU;不是所有场景都更快。

  • 适合读多写少、冲突概率低的计数器场景(如请求统计、序列号生成)
  • 不适合需要复合操作的逻辑(比如“先读再判断再写”,AtomicInteger 本身不保证这个整体原子性)
  • incrementAndGet() 返回新值,getAndIncrement() 返回旧值,别用反了

AtomicReference 的 compareAndSet 容易误用 null

compareAndSet 是 AtomicReference 的核心方法,但传 null 当预期值时,语义和普通引用比较一致——即只在当前值为 null 时才成功。

常见错误是以为 null 表示“任意值”或“忽略检查”,其实不是。

  • 如果想实现“无条件更新”,得用 set(),而不是 compareAndSet(old, new) 配 null
  • 当对象本身可能为 null,又需要 CAS 更新,建议封装成非空 wrapper 类,避免歧义
  • 注意 JVM 对 null 的内存可见性:AtomicReference 的 get() 总能读到最新写入,包括 null

AtomicStampedReference 解决 ABA 问题但代价明显

当一个值从 A → B → A 变化后,compareAndSet 会误判为“没变过”,导致逻辑出错。这就是 ABA 问题。AtomicStampedReference 通过给引用带上版本戳来规避。

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但它不是银弹:

  • 每次操作要同时处理引用和整型 stamp,API 更啰嗦,容易写错顺序(比如把 stamp 和 reference 传反)
  • stamp 溢出后行为未定义,实际使用中需控制 stamp 增长节奏(比如用 AtomicInteger 管理,但别让它狂增)
  • 多数业务场景根本不存在真实 ABA,盲目上 AtomicStampedReference 只是增加复杂度和内存开销

AtomicIntegerFieldUpdater 的反射限制很硬

它允许对普通对象字段做原子更新,但要求字段必须是 volatile int、public(或同包)、且不能是 final —— 这些检查在类加载时就做,失败直接抛 RuntimeException。

最常踩的坑是字段访问权限不对,或者用了 Lombok 的 @Getter/@Setter 却忘了加 volatile。

  • 字段声明必须显式带 volatile,哪怕你只用 updater 更新,JVM 也不认“隐式 volatile”
  • 不能用于子类字段(updater 绑定的是声明该字段的类),否则运行时报 IllegalArgumentException
  • 泛型类里的字段无法安全 updater(类型擦除导致运行时字段签名不匹配)

真正难的不是记住这些类怎么用,而是判断某个变量是否真的需要原子性、以及该选哪个原子类——很多时候一个 synchronized 方法或 ReentrantLock 更直白可靠。

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