Java 9併發程式設計指南 目錄

實現自定義原子物件

• 準備工作
• 實現過程
• 工作原理
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Java版本5引入原子變數，為單變數提供原子操作。當執行緒執行包含原子變數的操作時，類實現檢查操作是否以原子方式完成。

本節將學習如何擴充套件原子物件，實現遵循原子物件機制的兩個操作，確保所有操作都在一個步驟中完成。

準備工作

本範例通過Eclipse開發工具實現。如果使用諸如NetBeans的開發工具，開啟並建立一個新的Java專案。

實現過程

通過如下步驟實現範例：

1. 建立名為ParkingCounter的類，繼承AtomicInteger類：

   public class ParkingCounter  extends AtomicInteger{
   

2. 宣告名為maxNumber的私有int屬性儲存進入停車場的汽車的最大數量：

   	private final int maxNumber;
   

3. 實現類建構函式，初始化屬性：

   	public ParkingCounter(int maxNumber){
   		set(0);
   		this.maxNumber=maxNumber;
   	}
   

4. 實現carIn()方法，如果值小於設定的最大值，此方法遞增汽車計數器。構造一個無限迴圈，使用get()方法獲取內部計數器的值：

   	public
    
    boolean carIn() {
   		for (;;) {
   			int value=get();
   

5. 如果值與maxNumber屬性值相同，計數器無法再遞增（停車場滿載，汽車無法進入）。這種請款下，此方法返回false值：

   			if (value==maxNumber) {
   				System.out.printf("ParkingCounter: The parking lot is full.\n");
   				return false;
   

6. 否則，增加值且使用compareAndSet()方法將舊值改變成新值。此方法返回false值，計數器不再增加，所以需要重新開始迴圈。如果方法返回true，則改變值生效，然後返回true值：

   				} else {
   				int newValue=value+1;
   				boolean changed=compareAndSet(value,newValue);
   				if (changed) {
   					System.out.printf("ParkingCounter: A car has entered.\n");
   					return true;
   				}
   			}
   		}
   	}
   

7. 實現carOut()方法，如果汽車計數器的值大於0，則減少計數器值。構造一個無限迴圈，使用get()方法獲取內部計數器的值：

   	public boolean carOut() {
   		for (;;) {
   			int value=get();
   			if (value==0) {
   				System.out.printf("ParkingCounter: The parking lot is empty.\n");
   				return false;
   			} else {
   				int newValue=value-1;
   				boolean changed=compareAndSet(value,newValue);
   				if (changed) {
   					System.out.printf("ParkingCounter: A car has gone out.\n");
   					return true;
   				}
   			}
   		}
   	}	
   }
   

8. 建立名為Sensor1的類，實現Runnable介面：

   public class Sensor1 implements Runnable {
   

9. 宣告名為counter的私有ParkingCounter屬性：

   	private final ParkingCounter counter;
   

10. 實現類建構函式，初始化屬性：

    	public Sensor1(ParkingCounter counter) {
    		this.counter=counter;
    	}
    

11. 實現run()方法，呼叫carIn()和carOut()操作幾次：

    	@Override
    	public void run() {
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carOut();
    		counter.carOut();
    		counter.carOut();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    	}
    }
    

12. 建立名為Sensor2的類，實現Runnable介面：

    public class Sensor2  implements Runnable {
    

13. 宣告名為counter的私有ParkingCounter屬性：

    	private ParkingCounter counter;
    

14. 實現類建構函式，初始化屬性：

    	public Sensor2(ParkingCounter counter) {
    		this.counter=counter;
    	}
    

15. 實現run()方法，呼叫carIn()和carOut()操作幾次：

    	@Override
    	public void run() {
    		counter.carIn();
    		counter.carOut();
    		counter.carOut();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    		counter.carIn();
    	}
    }
    

16. 通過建立名為Main的類，新增main()方法，實現本範例主類：

    public class Main {
    	public static void main(String[] args) throws Exception{
    

17. 建立名為counter的ParkingCounter物件：

    		ParkingCounter counter=new ParkingCounter(5);
    

18. 建立、載入Sensor1和Sensor2任務：

    		Sensor1 sensor1=new Sensor1(counter);
    		Sensor2 sensor2=new Sensor2(counter);
    		Thread thread1=new Thread(sensor1);
    		Thread thread2=new Thread(sensor2);
    		thread1.start();
    		thread2.start();
    

19. 等待兩個任務結束：

    		thread1.join();
    		thread2.join();
    

20. 輸出計數器的實際值到控制檯：

    		System.out.printf("Main: Number of cars: %d\n",counter.get());
    

21. 輸出指明程式結束的資訊到控制檯：

    		System.out.printf("Main: End of the program.\n");
    	}
    }
    

工作原理

ParkingCounter類繼承AtomicInteger類，包含兩個原子操作：carIn()和carOut()。本範例模擬控制進入停車場汽車數量的系統，停車場可以容納多輛車，用maxNumber屬性表示。

carIn()操作將停車場中實際的汽車數量和最大值不計較，如果相等，汽車無法進入停車場且此方法返回false值。否則，使用如下的原子操作結構：

• 在區域性變數中獲取原子物件值。
• 在不同的變數中儲存新值。
• 使用compareAndSet()方法試圖將舊值替換成新值。如果此方法返回true，則作為引數傳送的舊值是變數值，因此方法改變值。因為carIn()方法返回true，所以此操作以原子方式進行。如果compareAndSet()方法返回false，則作為引數傳送的舊值不是變數值（其它執行緒修改了值），因此此操作不能以原子方式進行。操作再次開始，直到以原子方式完成。

carOut()方法類似於carIn()方法，還實現了兩個Runnable物件，分別使用carIn()和carOut()方法來模擬停車動作。當執行本範例時，能夠看到停車場永遠不會超過汽車數量的最大值。

更多關注

• 第七章“併發集合”中的“使用原子變數”小節