Jdk1.8 JUC源码解析-atomic-（3）AtomicXXXFieldUpdater
一、什么是FieldUpdater
在java.util.concurrent.atomic包中，由三个比较特殊的原子类：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater。
通过名称可以看到，这几类的功能大致相同，只是针对的类型有所不同。
所谓AtomicXXXFieldUpdater，就是可以以一种线程安全的方式操作非线程安全对象的某些字段。光这么说有点难理解，我们通过一个例子来看下。
假设有一个公司账户Account，100个人同时往里面存钱1块钱，那么正常情况下，最终账户的总金额应该是100。
先来看下线程不安全的方式：
账户类：
class Account { private volatile int money; Account(int initial) { this.money = initial; } public void increMoney() { money++; } public int getMoney() { return money; } @Override public String toString() { return "Account{" + "money=" + money + '}'; } }
调用类：
public class FieldUpdaterTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Account account = new Account(0); // 初始金额0 List<Thread> list = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 100; i++) { Thread t = new Thread(new Task(account)); list.add(t); t.start(); } for (Thread t : list) { // 等待所有线程执行完成 t.join(); } System.out.println(account.toString()); } private static class Task implements Runnable { private Account account; Task(Account account) { this.account = account; } @Override public void run() { account.increMoney(); // 增加账户金额 } } }
上述未对Account做并发控制，最终账户金额很可能小于100。
按照之前学习的atomic框架，可以将Account类的int类型字段改为AtomicInteger，或者在Task任务类中，将所有涉及到共享变量的地方都加锁访问。
那么，还有没有其它解决方式？
本章开头我们讲到，AtomicXXXFieldUpdater可以以一种线程安全的方式操作非线程安全对象的某些字段。
这里，Account就是非线程安全对象，money就是需要操作的字段。
我们来对上述代码进行改造：
账户类Account改造：
class Account { private volatile int money; private static final AtomicIntegerFieldUpdater<Account> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Account.class, "money"); // 引入AtomicIntegerFieldUpdater Account(int initial) { this.money = initial; } public void increMoney() { updater.incrementAndGet(this); // 通过AtomicIntegerFieldUpdater操作字段 } public int getMoney() { return money; } @Override public String toString() { return "Account{" + "money=" + money + '}'; } }
调用方，并未做任何改变：
public class FieldUpdaterTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Account account = new Account(0); List<Thread> list = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 100; i++) { Thread t = new Thread(new Task(account)); list.add(t); t.start(); } for (Thread t : list) { t.join(); } System.out.println(account.toString()); } private static class Task implements Runnable { private Account account; Task(Account account) { this.account = account; } @Override public void run() { account.increMoney(); } } }
上述代码，无论执行多少次，最终结果都是“100”，因为这回是线程安全的。
对比下改造，可以发现，AtomicIntegerFiledUpdater的引入，使得我们可以在不修改用户代码（调用方）的情况下，就能实现并发安全性。
唯一的改变之处就是Account内部的改造：
这也是AtomicXXXFieldUpdater引入的一个重要原因，单纯从功能上来讲，能用AtomicXXXFieldUpdater实现的并发控制，同步器和其它原子类都能实现，但是使用AtomicXXXFieldUpdater，符合面向对象设计的一个基本原则——开闭原则，尤其是对一些遗留代码的改造上。
另外，使用AtomicXXXFieldUpdater，不需要进行任何同步处理，单纯的使用CAS+自旋操作就可以实现同步的效果。这也是整个atomic包的设计理念之一。
二、AtomicReferenceFieldUpdater原理
AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater这三个类大同小异，AtomicIntegerFieldUpdater只能处理int原始类型的字段，AtomicLongFieldUpdater只能处理long原始类型的字段，AtomicReferenceFieldUpdater可以处理所有引用类型的字段。
本节以AtomicReferenceFieldUpdater为例，介绍下FiledUpdater的基本原理。
2.1 AtomicReferenceFieldUpdater对象的创建
AtomicReferenceFieldUpdater本身是一个抽象类，没有公开的构造器，只能通过静态方法newUpdater创建一个AtomicReferenceFieldUpdater子类对象：
newUpdater的三个入参含义如下：
| 入参名称 | 含义 |
|---|---|
| tclass | 目标对象的类型 |
| vclass | 目标字段的类型 |
| fieldName | 目标字段名 |
AtomicReferenceFieldUpdaterImpl是AtomicReferenceFieldUpdater的一个内部类，并继承了AtomicReferenceFieldUpdater。AtomicReferenceFieldUpdater的API，基本都是委托AtomicReferenceFieldUpdaterImpl 来实现的。
来看下AtomicReferenceFieldUpdaterImpl 对象的构造，其实就是一系列的权限检查：
AtomicReferenceFieldUpdaterImpl(final Class<T> tclass, final Class<V> vclass, final String fieldName, final Class<?> caller) { final Field field; final Class<?> fieldClass; final int modifiers; try { //获取字段 field = AccessController.doPrivileged( new PrivilegedExceptionAction<Field>() { public Field run() throws NoSuchFieldException { return tclass.getDeclaredField(fieldName); } }); //判断调用方是否可以访问字段（其实就是对字段修饰符的上下文判断） modifiers = field.getModifiers(); sun.reflect.misc.ReflectUtil.ensureMemberAccess( caller, tclass, null, modifiers); ClassLoader cl = tclass.getClassLoader();//目标类的类加载器 ClassLoader ccl = caller.getClassLoader();//调用类的类加载器 if ((ccl != null) && (ccl != cl) && ((cl == null) || !isAncestor(cl, ccl))) { sun.reflect.misc.ReflectUtil.checkPackageAccess(tclass); } fieldClass = field.getType(); //字段的类型 } catch (PrivilegedActionException pae) { throw new RuntimeException(pae.getException()); } catch (Exception ex) { throw new RuntimeException(ex); } if (vclass != fieldClass) throw new ClassCastException(); if (vclass.isPrimitive()) // 不能是原始类型 throw new IllegalArgumentException("Must be reference type"); if (!Modifier.isVolatile(modifiers)) //目标字段必须用volatile修饰 throw new IllegalArgumentException("Must be volatile type"); // Access to protected field members is restricted to receivers only // of the accessing class, or one of its subclasses, and the // accessing class must in turn be a subclass (or package sibling) // of the protected member's defining class. // If the updater refers to a protected field of a declaring class // outside the current package, the receiver argument will be // narrowed to the type of the accessing class. this.cclass = (Modifier.isProtected(modifiers) && tclass.isAssignableFrom(caller) && !isSamePackage(tclass, caller)) ? caller : tclass; this.tclass = tclass; this.vclass = vclass; this.offset = U.objectFieldOffset(field); //获取字段的偏移量 }
通过源码，可以看到AtomicReferenceFieldUpdater的使用必须满足以下条件：
- AtomicReferenceFieldUpdater只能修改对于它可见的字段，也就是说对于目标类的某个字段field，如果修饰符是private，但是AtomicReferenceFieldUpdater所在的使用类不能看到field，那就会报错；
- 目标类的操作字段，必须用volatile修饰；
- 目标类的操作字段，不能是static的；
- AtomicReferenceFieldUpdater只适用于引用类型的字段；
2.2 AtomicReferenceFieldUpdater的方法原理
AtomicReferenceFieldUpdater中所有的方法都是基于Unsafe类操作，看下最常用的方法compareAndSet：
通过偏移量offset获取字段的地址，然后利用Unsafe进行CAS更新。
其它方法也大同小异，读者可以参考Oracle官方文档和JDK源码。
