Java.util.concurrent.atomic.AtomicReference是一个旨在以线程安全的方式更新变量的类。Why do we need the class AtomicReference? 为什么我们不能简单地使用一个volatile变量？我们如何正确使用它？
Why AtomicReference?
对于我正在编写的工具，我需要检测是否从多个线程中调用了一个对象。我为此使用以下不可变类：
public class State {
private final Thread thread;
private final boolean accessedByMultipleThreads;
public State(Thread thread, boolean accessedByMultipleThreads) {
super();
this.thread = thread;
this.accessedByMultipleThreads = accessedByMultipleThreads;
}
public State() {
super();
this.thread = null;
this.accessedByMultipleThreads = false;
}
public State update() {
if(accessedByMultipleThreads) {
return this;
}
if( thread == null ) {
return new State(Thread.currentThread() , accessedByMultipleThreads);
}
if(thread != Thread.currentThread()) {
return new State(null,true);
}
return this;
}
public boolean isAccessedByMultipleThreads() {
return accessedByMultipleThreads;
}
}
您可以在github上下载所有示例的源代码 。
我将访问对象的第一个线程存储在变量线程的第2行中。当另一个线程访问该对象时，我将变量设置 accessedByMultipleThreads 为true，将变量线程设置为null，第23行。当变量 accessedByMultipleThreads 为true时，我不更改状态，第15行到第17行。
我在每个对象中使用此类来检测它是否被多个线程访问。以下示例在类中使用状态 UpdateStateNotThreadSafe：
public class UpdateStateNotThreadSafe {
private volatile State state = new State();
public void update() {
state = state.update();
}
public State getState() {
return state;
}
}
我将状态存储在volatile变量状态（第2行）中。我需要volatile关键字以确保线程始终看到当前值，如此处更详细地解释。
要检查使用volatile变量是否是线程安全的，我使用以下测试：
import static org.junit.Assert.*;
import org.junit.Test;
import com.vmlens.tutorialAtomicReference.UpdateStateNotThreadSafe;
import com.vmlens.api.AllInterleavings;
public class TestNotThreadSafe {
@Test
public void test() throws InterruptedException {
try (AllInterleavings allInterleavings = new AllInterleavings("TestNotThreadSafe");) {
while (allInterleavings.hasNext()) {
final UpdateStateNotThreadSafe object = new UpdateStateNotThreadSafe();
Thread first = new Thread( () -> { object.update(); } ) ;
Thread second = new Thread( () -> { object.update(); } ) ;
first.start();
second.start();
first.join();
second.join();
assertTrue( object.getState().isAccessedByMultipleThreads() );
}
}
}
}
我需要两个线程来测试在第9行和第10行中创建的使用volatile变量是否是线程安全的。我在第11行和第12行中启动了这两个线程，然后等待，直到使用线程联接第13行和第14行都结束了。在两个线程都停止之后，我检查标志accessedByMultipleThreads是否为真，第15行。
为了测试所有线程交织，我们使用来自vmlens的第7行的AllInterleavings类，将完整的测试放在while循环中，对所有线程交织进行迭代。运行测试，我看到以下错误：
java.lang.AssertionError:
at org.junit.Assert.fail(Assert.java:91)
at org.junit.Assert.assertTrue(Assert.java:43)
at org.junit.Assert.assertTrue(Assert.java:54)
vmlens报告显示出了什么问题：
问题在于，对于特定线程而言，交织两个线程首先读取状态。因此，一个线程将覆盖另一个线程的结果。
如何使用AtomicReference？
为了解决这种竞争状况，我使用中的 compareAndSet 方法 AtomicReference。
该 compareAndSet 方法采用两个参数，期望的当前值和新的值。该方法自动检查当前值是否等于期望值。如果是，则该方法将值更新为新值并返回true。如果不是，则该方法使当前值保持不变并返回false。
使用此方法的想法是让 compareAndSet 我们在计算新值时检查当前值是否被另一个线程更改。如果没有，我们可以安全地更新当前值。否则，我们需要使用更改后的当前值重新计算新值。
下面显示了如何使用该 compareAndSet 方法自动更新状态：
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
public class UpdateStateWithCompareAndSet {
private final AtomicReference<State> state = new AtomicReference<State>(new State());
public void update() {
State current = state.get();
State newValue = current.update();
while (!state.compareAndSet(current, newValue)) {
current = state.get();
newValue = current.update();
}
}
public State getState() {
return state.get();
}
}
现在 AtomicReference ，我将状态2用于第2行。要更新状态，我首先需要获取当前值（第5行）。然后，计算新值（第6行），并尝试更新 AtomicReference using compareAndSet（第7行）。更新成功，我完成了。如果不是，我需要在第8行再次获取当前值，并在第9行重新计算新值。然后，我可以再次尝试更新 AtomicReference using compareAndSet。我需要一个while循环，因为 compareAndSet 可能会失败多次。
正如Grzegorz Borczuch在对本文的评论中指出的那样，自从JDK 1.8以来，在AtomicReference中使用了一种更容易使用的方法，该方法可实现相同的结果：updateAndGet。此方法在内部使用带有while循环的compareAndSet来
更新AtomicReference。
Conclusion
使用易失性变量会导致争用情况，因为针对某个线程的特定线程交织会覆盖其他线程的计算。通过使用compareAndSet 类中的 方法 AtomicReference，我们可以规避这种竞争条件。我们自动检查当前值是否与开始计算时相同。如果是，我们可以安全地更新当前值。否则，我们需要使用更改后的当前值重新计算新值。