AtomicBoolean详解

AtomicBoolean提供了一种原子性地读写布尔类型变量的解决方
案，通常情况下，该类将被用于原子性地更新状态标识位，比如
flag。

1.基本用法

1.1.AtomicBoolean的创建

// AtomicBoolean 无参构造
AtomicBoolean ab = new AtomicBoolean();
assert !ab.get();
// AtomicBoolean 无参构造，等价于 AtomicBoolean(false)
ab = new AtomicBoolean(false);
assert !ab.get();

1.2.AtomicBoolean值的更新

**compareAndSet(boolean expect, boolean update)：**对比并且设置boolean最新的值，类似于AtomicInteger的compareAndSet 方法，期望值与AtomicBoolean的当前值一致时执行新值的设置动作，若设置成功则返回true，否则直接返回false。

// 无参构造AtomicBoolean，默认为false
AtomicBoolean ab = new AtomicBoolean();
// 更改失败
assert !ab.compareAndSet(true, false);
// ab.get()==false
assert !ab.get();
// 更改成功
assert ab.compareAndSet(false, true);
// 更改后的值为true
assert ab.get();

weakCompareAndSet(boolean expect, boolean update)： 同上。

set(boolean newValue)： 设置AtomicBoolean最新的value值，该新值的更新对其他线程立即可见。

// 无参构造AtomicBoolean，默认为false
AtomicBoolean ab = new AtomicBoolean();
assert !ab.get();
// 设置新值，AtomicBoolean的最新值为true
ab.set(true);
assert ab.get();

getAndSet(boolean newValue)： 返回AtomicBoolean的前一个布尔值，并且设置新的值。

// 无参构造AtomicBoolean，默认值为false
AtomicBoolean ab = new AtomicBoolean();
assert !ab.get();
// 前值依然为false
assert !ab.getAndSet(true);
// 更新后的结果为true
assert ab.get();

lazySet(boolean newValue)： 设置AtomicBoolean的布尔值，同AtomicInteger的lazySet方法
get()： 获取AtomicBoolean的当前布尔值

2.AtomicBoolean源码分析

AtomicBoolean的实现方式比较类似于AtomicInteger类，实际上AtomicBoolean内部的value本身就是一个volatile关键字修饰的int类 型的成员属性。

public class AtomicBoolean implements java.io.Serializable {
 private static final long serialVersionUID =
4654671469794556979L;
 // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
// valueOffset将用于存放value的内存地址偏移量
private static final long valueOffset;
static {
 try {
 // 获取value的内存地址偏移量
 valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
 (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
 } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;

3.代码示例

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

public class TryLock {
    // 1.在TryLock内部，我们借助于AtomicBoolean 的布尔原子性操作方法
    // 因此需要先定义一个AtomicBoolean并且使其初值为false
    private final AtomicBoolean ab = new AtomicBoolean(false);
    // 2.线程保险箱，用于存放与线程上下文关联的数据副本
    private final ThreadLocal<Boolean> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(()->false);
    // 可立即返回的lock方法
    public boolean tryLock()
    {
        // 3.借助于AtomicBoolean的CAS操作对布尔值进行修改
        boolean result = ab.compareAndSet(false, true);
        if (result)
        {
            // 4.当修改成功时，同步更新threadLocal的数据副本值
            threadLocal.set(true);
        }
        return result;
    }
    // 锁的释放
    public boolean release()
    {
        // 5.判断调用release方法的线程是否成功获得了该锁
        if (threadLocal.get())
        {
            // 6.标记锁被释放，并且原子性地修改布尔值为false
            threadLocal.set(false);
            return ab.compareAndSet(true, false);
        } else
        {
            // 直接返回
            return false;
        }
    }
}

1处，我们定义了一个AtomicBoolean类型的属性ab，其初始值为false，表明当前的锁未被任何线程获得，也就是说某线程可以成功获得对该锁的持有。
2处，我们定义了一个ThreadLocal<Boolean>，并且重写其初始化方法返回false，该ThreadLocal的使用在TryLock中非常关键，我们都知道显式锁为了确保锁能够被正确地释放，一般会借助于try..finally语句块以确保release方法能够被执行，因此
为了防止某些未能成功获取锁的线程在执行release方法的时候改变ab的值，我们需要借助于ThreadLocal<Boolean>中的数据副本进行标记和判断。
3处，我们使用AtomicBoolean的compareAndSet 方法对ab当前的布尔值进行CAS操作，当预期值与ab当前值一致时操作才能成功，否则操作将直接失败，因此执行该方法的线程不会进入阻塞，这一点很关键。
如果某线程成功执行了对ab当前布尔值的修改，那么我们需要将其在（4处）ThreadLocal<Boolean>关联的数据副本标记为true，以标明当前线程成功获取了对TryLock的持有。release方法需要秉承一个原则，那就是只有成功获得该锁的线程才有资格对其进行释放，反映到我们的代码中就是执行对ab当前值布尔值的更新动作，见5处。
6处确认当前有资格进行锁的释放以后，就可以对ab当前布尔值进行更新操作了，并且标记当前线程已将锁释放。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import static java.lang.Thread.currentThread;
import static java.util.concurrent.ThreadLocalRandom.current;
public class TryLockExample
{
    private final static Object VAL_OBJ = new Object();
    public static void main(String[] args)
    {
        // 定义TryLock锁
        final TryLock lock = new TryLock();
        final List<Object> validation = new ArrayList<>();
        // 启动10个线程，并且不断地进行锁的获取和释放动作
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            new Thread(() ->
            {
                while (true)
                {
                    try
                    {
                        // 尝试获取该锁，该方法并不会导致当前线程进入阻塞
                        if (lock.tryLock())
                        {

                            System.out.println(currentThread() + ": get the lock.");
                            // 进行校验，以确保validation中只存在一个元素
                            if (validation.size() > 1)
                            {
                                throw new
                                        IllegalStateException("validation failed.");
                            }
                            validation.add(VAL_OBJ);

                            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(current().nextInt(10));
                        } else
                        {
                            // 未获得锁，简单做个休眠，以防止出现CPU过高电脑死机的情况发生

                            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(current().nextInt(10));
                        }
                    } catch (InterruptedException e)
                    {
                        e.printStackTrace();
                    } finally
                    {
                        // 在finally语句块中进行锁的释放操作
                        if (lock.release())
                        {

                            System.out.println(currentThread() + ": release the lock.");
                            validation.remove(VAL_OBJ);
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}

运行结果

Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-0,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: release the lock.
Thread[Thread-4,5,main]: get the lock.
。。。忽略

4.总结

AtomicBoolean的使用方法，通常情况下，我们可以使 用AtomicBoolean来进行某个flag的开关控制。