原子操作之 AtomicReference

1. 前言

今天为大家介绍原子操作之 AtomicReference。此工具位于 java.util.concurrent.atomic 包中。

本节先介绍什么是原子引用，接着展示 AtomicReference 工具类的最基本用法，之后给出 AtomicReference 工具类最常用的场合说明，然后通过简单的编码实现一个实际案例，最后带领大家熟悉 AtomicReference 最常用的一些编程方法，让大家进一步加深对 AtomicReference 工具类的理解。

下面我们正式开始介绍吧。

2. 概念介绍

本节介绍的 AtomicReference 工具类直译为 “原子引用”。原子操作的概念我们在之前的章节中已经介绍过了，那什么是引用呢？

引用就是为对象另起一个名字，引用对象本身指向被引用对象，对引用对象的操作都会反映到被引用对象上。在 Java 中，引用对象本身存储的是被引用对象的 “索引值”。如果对引用概念还是比较模糊，请查阅 Java 基础语法知识复习。

AtomicReference 工具类和 AtomicInteger 工具类很相似，只是 AtomicInteger 工具类是对基本类型的原子封装，而 AtomicReference 工具类是对引用类型的原子封装。我们用一张原理图展示其基本逻辑。

我们看下面 AtomicReference 工具类的基本用法。

3. 基本用法

// 由于AtomicReference是对一个对象引用的原子封装，所以首先创建一个对象
Car car1 = new Car(100, 10);

// 接着使用构造方法创建一个 AtomicReference 对象。
AtomicReference<Car> atomicReference = new AtomicReference<>(car);

...
// 当前如果是car1对象时，以原子方式变更引用为car2对象，当结果是true时则更新成功
Car car2 = new Car(200, 2);
Boolean bool = atomicReference.compareAndSet(car1, car2)
...

是不是很简单，那 AtomicReference 在我们日常实践中，到底应该应用在哪些场合比较合适呢？下面我们给出最常用的场景说明。

4. 常用场景

AtomicReference 和 AtomicInteger 非常类似，不同之处就在于 AtomicInteger 是对整数的封装，且每次只能对一个整数进行封装，而 AtomicReference 则是对普通的对象引用的封装，可将多个变量作为一个整体对象，操控多个属性的原子性的并发类。

下面我们用 AtomicReference 工具类实现生活中汽车牌照竞拍的例子：假设总共有 10 位客户参与竞拍，每位客户只有一次竞拍机会，竞拍是资格竞拍不以竞拍价格为目的。请看下面的代码。

5. 场景案例

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class AtomicReferenceTest {

    // 代表待拍的车牌
    private static CarLicenseTag carLicenseTag = new CarLicenseTag(80000);    
    // 创建一个 AtomicReference 对象，对车牌对象做原子引用封装
    private static AtomicReference<CarLicenseTag> carLicenseTagAtomicReference = new AtomicReference<>(carLicenseTag);
    public static void main(String[] args) {
        // 定义5个客户进行竞拍
        for(int i=1; i<=5; i++) {
            AuctionCustomer carAuctionCustomer = new AuctionCustomer(carLicenseTagAtomicReference, carLicenseTag, i);
            // 开始竞拍
            new Thread(carAuctionCustomer).start();
        }
    }
}

/**
 * 车牌
 */
public class CarLicenseTag {
    // 每张车牌牌号事先是固定的
    private String licenseTagNo = "沪X66666";
    // 车牌的最新拍卖价格
    private double price = 80000.00;
    public CarLicenseTag(double price) {
        this.price += price;
    }
    public String toString() {
        return "CarLicenseTag{ licenseTagNo='" + licenseTagNo + ", price=" + price + '}';
    }
}

每个客户是如何动作呢，看下面的代码。

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class AuctionCustomer implements Runnable {
    private AtomicReference<CarLicenseTag> carLicenseTagReference;
    private CarLicenseTag carLicenseTag;
    private String customerNo;
    public AuctionCustomer(AtomicReference<CarLicenseTag> carLicenseTagReference, CarLicenseTag carLicenseTag, int customerNo) {
        this.carLicenseTagReference = carLicenseTagReference;
        this.carLicenseTag = carLicenseTag;
        this.customerNo = "第" + customerNo + "位客户";
    }

    public void run() {
        // 客户竞拍行为 (模拟竞拍思考准备时间4秒钟)
        try {
            Thread.sleep(new Random().nextInt(4000));
        } catch (Exception e) {}

        // 举牌更新最新的竞拍价格
        // 此处做原子引用更新
        boolean bool = carLicenseTagReference.compareAndSet(carLicenseTag,
                new CarLicenseTag(new Random().nextInt(1000)));
        System.out.println("第" + customerNo + "位客户竞拍" + bool + " 当前的竞拍信息" + carLicenseTagReference.get().toString());
    }
}

运行后运行结果如下。

...
第第1位客户位客户竞拍true 当前的竞拍信息CarLicenseTag{ licenseTagNo='沪X66666, price=80405.0}
第第5位客户位客户竞拍false 当前的竞拍信息CarLicenseTag{ licenseTagNo='沪X66666, price=80405.0}
第第3位客户位客户竞拍false 当前的竞拍信息CarLicenseTag{ licenseTagNo='沪X66666, price=80405.0}
第第2位客户位客户竞拍false 当前的竞拍信息CarLicenseTag{ licenseTagNo='沪X66666, price=80405.0}
第第4位客户位客户竞拍false 当前的竞拍信息CarLicenseTag{ licenseTagNo='沪X66666, price=80405.0}
...

至此，大家对 AtomicReference 已经有了初步的理解，接下来我们继续丰富对 AtomicReference 工具类的认识。

6. 核心方法介绍

除过上面代码中使用的最基本的 AtomicReference (V)、compareAndSet (int, int)、get () 方法之外，我们还再介绍两个方法的使用。下面逐个介绍。

1. set () 方法

可以使用不带参数的构造方法构造好对象后，再使用 set () 方法设置待封装的对象。等价于使用 AtomicReference (V) 构造方法。

2. getAndSet () 方法

此方法以原子方式设置为给定值，并返回旧值。逻辑等同于先调用 get () 方法再调用 set () 方法。

7. 小结

本节通过一个简单的例子，介绍了 AtomicReference 的基本用法。其实在 java.util.concurrent.atomic 包中还提供了更多更细场景的原子操作类，此包下的大部分工具类都是基于 CAS 原理实现，正因为如此，有很多相似之处，用法大同小异，希望大家在日常研发中多比较多总结，早日掌握之。