并发集合（九）使用原子 arrays

2022-04-20 22:16:11

声明：本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第六章， 作者： Javier Fernández González译者：郑玉婷校对：黄庭

当你实现一个多个线程共享一个或者多个对象的并发应用时，你就要使用像锁或者同步关键词（例如synchronized）来对他们的属性的访问进行保护，来避免并发造成的数据不一致的错误。

但是这些机制会有以下一些缺点：
死锁(dead lock)：例如：当一个线程等待一个锁的时候，会被阻塞，而这个锁被其他线程占用并且永不释放。这种情况就是死锁，程序在这种情况下永远都不会往下执行。

即使只有一个线程在访问共享对象，它也要执行必要的获取锁和释放锁的代码。

CAS(compare-and-swap)操作为并发操作对象的提供更好的性能，CAS操作通过以下3个步骤来实现对变量值得修改：

获取当前内存中的变量的值
用一个新的临时变量(temporal variable)保存改变后的新值
如果当前内存中的值等于变量的旧值，则将新值赋值到当前变量；否则不进行任何操作

对于这个机制，你不需要使用任何同步机制，这样你就避免了 deadlocks，也获得了更好的性能。这种机制能保证多个并发线程对一个共享变量操作做到最终一致。

Java 在原子类中实现了CAS机制。这些类提供了compareAndSet() 方法；这个方法是CAS操作的实现和其他方法的基础。

Java 中还引入了原子Array，用来实现Integer类型和Long类型数组的操作。在这个指南里，你将要学习如何使用AtomicIntegerArray 类来操作原子 arrays。

指南中的例子是在Eclipse IDE下面实现的，你也可以使用其他IDE例如NetBeans来实现：

那要怎么做呢….

按照这些步骤来实现下面的例子：

01
//1.创建一个类，名为 Incrementer，并实现 Runnable 接口。

02

public class Incrementer implements Runnable {

03
 
04
//2.声明一个私有 AtomicIntegerArray 属性，名为 vector，用来储存一个整数 array。

05

private AtomicIntegerArray vector;

06
 
07
//3.实现类的构造函数，初始化它的属性值。

08

public Incrementer(AtomicIntegerArray vector) {

09

         this.vector=vector;

10
}

11
 
12
//4.实现 run() 方法。使用 getAndIncrement() 方操作array里的所有元素。

13
@Override

14

public void run() {

15

         for (int i=0; i<vector.length(); i++){

16

                 vector.getAndIncrement(i);

17

         }

18
}

19
 
20
//5.创建一个类，名为 Decrementer，并实现 Runnable 接口。

21

public class Decrementer implements Runnable {

22
 
23
//6.声明一个私有 AtomicIntegerArray 属性，名为 vector，用来储存一个整数 array。

24

private AtomicIntegerArray vector;

25
 
26
//7.实现类的构造函数，初始化它的属性值。

27

public Decrementer(AtomicIntegerArray vector) {

28

         this.vector=vector;

29
}

30
 
31
//8.实现 run() 方法。使用 getAndDecrement() 方法操作array里的所有元素。

32
@Override

33

public void run() {

34

         for (int i=0; i<vector.length(); i++) {

35

         vector.getAndDecrement(i);

36

         }

37
}

38
 
39
//9.我们创建一个示例来进行示范，创建一个类，名为 Main 并添加 main()方法。

40

public class Main {

41

         public static void main(String[] args) {

42
 
43
//10.声明一个常量，名为 THREADS，分配它的值为 100。创建一个有1，000个元素的 AtomicIntegerArray 对象。

44

final int THREADS=100;

45

AtomicIntegerArray vector=new AtomicIntegerArray(1000);

46
 
47
//11. 创建一个 Incrementer 任务来操作之前创建的原子 array。

48

Incrementer incrementer=new Incrementer(vector);

49
 
50
//12.创建一个 Decrementer 任务来操作之前创建的原子 array。

51

Decrementer decrementer=new Decrementer(vector);

52
 
53
//13.创建2个array 分别存储 100 个Thread 对象。

54

Thread threadIncrementer[]=new Thread[THREADS];

55

Thread threadDecrementer[]=new Thread[THREADS];

56
 
57
//14.创建并运行 100 个线程来执行 Incrementer 任务和另外 100 个线程来执行 Decrementer 任务。把线程储存入之前创建的arrays内。

58

for (int i=0; i<THREADS; i++) {

59

         threadIncrementer[i]=new Thread(incrementer);

60

         threadDecrementer[i]=new Thread(decrementer);

61
 
62

         threadIncrementer[i].start();

63

         threadDecrementer[i].start();

64
}

65
//15.使用 join() 方法来等待线程的完结。

66

for (int i=0; i<100; i++) {

67

         try {

68

                 threadIncrementer[i].join();

69

                 threadDecrementer[i].join();

70

         } catch (InterruptedException e) {

71

                 e.printStackTrace();

72

         }

73
}

74
//16.把原子array里非0的元素写入操控台。使用 get() 方法来获取原子 array 元素。

75

for (int i=0; i<vector.length(); i++) {

76

         if (vector.get(i)!=0) {

77

                 System.out.println("Vector["+i+"] : "+vector.get(i));

78

         }

79
}

80
 
81
//17.在操控台写个信息表明例子结束。

82

System.out.println("Main: End of the example");

它是怎么工作的…

在这个例子里，你实现了2个不同的任务来操作 AtomicIntegerArray 对象：

Incrementer task: 这个类使用getAndIncrement()方法array里的全部元素 +1
Decrementer task: 这个类使用getAndDecrement()方法array里的全部元素 -1

在 Main 类，你创建了有1000个元素的 AtomicIntegerArray，然后你执行了100次 Incrementer 和100次 Decrementer 任务。在任务结束后，如果没有出现任何数据不一致错误，那么array的全部元素的值都为0。如果你运行这个任务，由于全部元素都是0，你只会看到程序在操控台只写了结束信息。

更多…

如今，Java仅提供了另一个原子 array类。它是 AtomicLongArray 类，与 IntegerAtomicArray 类提供了相同的方法。

这些类的一些其他有趣的方法有：
get(int i): 返回array中第i个位置上的值
set(int I, int newValue): 设置array中第i个位置上的值为newValue

参见
第六章，并发集：使用原子变量

文章转自并发编程网-ifeve.com

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