什么是原子类，Java原子类有什么用？（附带实例）

原子类在 Java 在并发编程领域扮演了一个非常重要的角色，它们是构建在原子操作上的一组类，主要位于 java.util.concurrent.atomic 包中。

原子操作是那些在执行过程中不会被线程调度机制中断的操作，一个原子操作一旦开始，就会一直运行到结束，中间不会被其他线程干扰。

原子类提供了一种机制，便于在没有使用 synchronized 关键字的情况下实现线程安全，即使在多线程环境中，使用原子类也能保证数据的完整性和准确性。该机制是通过使用底层 CPU 的原子性指令集来实现的，它允许在单个操作中无锁地读取、修改和写入变量。

我们通过一个简单的示例来对比一下使用原子类和使用 synchronized 关键字的不同。使用 synchronized 关键字的实现代码如下：

public class SynchronizedCounter {
    private int count = 0;
    public synchronized void increment() {
        count++; // 这个操作现在是线程安全的
    }
    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

在上述代码中，我们使用了 synchronized 关键字来保证 increment() 方法在同一时刻只能被一个线程访问，从而保证线程安全。

如果我们使用原子类实现该功能，可以选择 AtomicInteger，实现代码如下：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class AtomicCounter {
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    public void increment() {
        count.incrementAndGet(); // 这个操作现在是线程安全的
    }
    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

通过两种实现方式的对比，我们会发现使用原子类有以下优点：

性能更好：使用原子类可以提供比 synchronized 关键字更好的性能，因为 synchronized 关键字会引入线程的阻塞和唤醒，这些都可能产生开销。原子类通常依赖底层的非阻塞硬件指令来实现原子性；
可伸缩性高：当多线程竞争锁时，使用 synchronized 关键字可能会导致瓶颈，尤其是在高度并发的环境下。相反，原子类通常能更好地扩展；
更简洁：原子类提供的方法直接且简单，使用原子类时的代码更简洁，而使用 synchronized 关键字则需要更多的样板代码；
锁的范围更具体：synchronized 关键字会锁定一个方法或代码块，而原子类只在特定的变量上操作。

原子类通常是实现线程安全的单变量并发访问的首选方法，尤其是当性能和可伸缩性是关键时。原子类的主要作用有以下几点：

保证原子性：原子类通过底层处理机制保证了其操作在多线程环境下的原子性，即一个操作是完全独立的，不会与其他线程的操作产生冲突；
性能更高：相比于使用其他同步机制（比如 synchronized 关键字），原子类通常提供了更高的并发性能，因为它们利用的是底层硬件的支持，避免了线程阻塞和唤醒所带来的性能开销；
线程安全：使用原子类可以避免在并发编程中常见的线程安全问题，比如竞争条件不一致和内存不一致等；
锁粒度更细：相较于锁整个方法或代码块，原子类提供了更细的锁粒度，使得只有特定的变量操作是原子的，这可以减少不必要的同步开销。

JUC 包含一系列的原子类，具体类型如下：

基本类型：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean；
数组类型：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray；
引用类型：AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference；
字段更新器：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater。

在高并发情况下，使用这些原子类对共享变量进行操作，可以让程序变得更为安全和高效。

什么是原子类，Java原子类有什么用？（附带实例）

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