1. 概述
在本文中，我们将深入了解java.util.concurrent.atomic包中AtomicMarkableReference类的细节。
接下来，我们会演示该类的API方法，并了解如何在实践中使用AtomicMarkableReference类。
2. 目的
AtomicMarkableReference是一个泛型类，它封装了对Object的引用和布尔标志。这两个字段耦合在一起，可以一起或单独地进行原子更新。
AtomicMarkableReference也是解决ABA问题的一种可能的方法。
3. 实现
让我们更深入地了解一下AtomicMarkableReference类的实现：
public class AtomicMarkableReference<V> {
private static class Pair<T> {
final T reference;
final boolean mark;
private Pair(T reference, boolean mark) {
this.reference = reference;
this.mark = mark;
}
static <T> Pair<T> of(T reference, boolean mark) {
return new Pair<T>(reference, mark);
}
}
private volatile Pair<V> pair;
// ...
}
请注意，AtomicMarkableReference有一个静态内部类Pair，其中包含reference和mark字段。
此外，我们可以看到这两个变量都使用final修饰。因此，每当我们想要修改这些变量时，就会创建Pair类的一个新实例，并替换旧实例。
4. 方法
首先，要发现AtomicMarkableReference的有用性，让我们从创建一个员工POJO开始：
class Employee {
private int id;
private String name;
// constructor & getters & setters
}
现在，我们可以创建AtomicMarkableReference类的一个实例：
AtomicMarkableReference<Employee> employeeNode = new AtomicMarkableReference<>(employee,true);
对于我们的示例，假设我们的AtomicMarkableReference实例代表组织结构图中的一个节点。它包含两个变量：对Employee类实例的引用和一个标记，该标记指示员工是否在职或者已离开公司。
AtomicMarkableReference提供了多种方法来更新或检索一个或两个字段，让我们一一看一下这些方法。
4.1 getReference()
我们使用getReference()方法返回引用变量的当前值：
@Test
void whenUsingGetReferenceMethod_thenCurrentReferenceShouldBeReturned() {
Employee employee = new Employee(123, "Mike");
AtomicMarkableReference<Employee> employeeNode = new AtomicMarkableReference<>(employee, true);
assertEquals(employee, employeeNode.getReference());
}
4.2 isMarked()
要获取mark变量的值，我们应该调用isMarked()方法：
@Test
void givenMarkValueAsTrue_whenUsingIsMarkedMethod_thenMarkValueShouldBeTrue() {
Employee employee = new Employee(123, "Mike");
AtomicMarkableReference<Employee> employeeNode = new AtomicMarkableReference<>(employee, true);
assertTrue(employeeNode.isMarked());
}
4.3 get()
接下来，当我们想要检索当前引用和当前标记时，我们使用get()方法。为了获得标记，我们应该将一个大小至少为1的布尔数组作为参数传递，该数组将在索引0处存储布尔变量的当前值。同时，该方法将返回引用的当前值：
@Test
void whenUsingGetMethod_thenCurrentReferenceAndMarkShouldBeReturned() {
Employee employee = new Employee(123, "Mike");
AtomicMarkableReference<Employee> employeeNode = new AtomicMarkableReference<>(employee, true);
boolean[] markHolder = new boolean[1];
Employee currentEmployee = employeeNode.get(markHolder);
assertEquals(employee, currentEmployee);
assertTrue(markHolder[0]);
}
这种获取引用和标记字段的方式有点奇怪，因为内部Pair类不向调用方公开。
Java的公共API中没有通用的Pair<T, U>类，造成这种情况的主要原因是我们可能会过度使用它，而不是创建不同的类型。
4.4 set()
如果我们想要无条件地更新引用和标记字段，我们应该使用set()方法。如果作为参数传递的值中至少有一个不同，则引用和标记值将被更新：
@Test
void givenNewReferenceAndMark_whenUsingSetMethod_thenCurrentReferenceAndMarkShouldBeUpdated() {
Employee employee = new Employee(123, "Mike");
AtomicMarkableReference<Employee> employeeNode = new AtomicMarkableReference<>(employee, true);
Employee newEmployee = new Employee(124, "John");
employeeNode.set(newEmployee, false);
assertEquals(newEmployee, employeeNode.getReference());
assertFalse(employeeNode.isMarked());
}
4.5 compareAndSet()
接下来，如果当前引用等于预期引用，并且当前标记等于预期标记，则compareAndSet()方法将引用和标记更新为给定的更新值。
让我们看看如何使用compareAndSet()更新引用字段和标记字段：
@Test
void givenCurrentReferenceAndCurrentMark_whenUsingCompareAndSet_thenReferenceAndMarkShouldBeUpdated() {
Employee employee = new Employee(123, "Mike");
AtomicMarkableReference<Employee> employeeNode = new AtomicMarkableReference<>(employee, true);
Employee newEmployee = new Employee(124, "John");
assertTrue(employeeNode.compareAndSet(employee, newEmployee, true, false));
assertEquals(newEmployee, employeeNode.getReference());
assertFalse(employeeNode.isMarked());
}
此外，在调用compareAndSet()方法时，如果字段被更新，则返回true；如果更新失败，则为false。
4.6 weakCompareAndSet()
weakCompareAndSet()方法应该是compareAndSet()方法的较弱版本，也就是说，它不像compareAndSet()那样提供强大的内存排序保证。此外，它可能会错误地无法在硬件级别获得独占访问。
这是weakCompareAndSet()方法的规范。然而，目前，weakCompareAndSet()只是在底层调用compareAndSet()方法。因此，它们具有相同的强大实现。
即使这两种方法现在具有相同的实现，我们也应该根据它们的规范来使用它们。因此，我们应该把weakCompareAndSet()视为弱原子。
在某些平台和某些情况下，弱原子的成本可能更低。例如，如果我们要在循环中执行compareAndSet，那么使用较弱的版本可能是一个更好的主意。在这种情况下，我们最终会在循环中更新状态，这样虚假故障就不会影响程序的正确性。
底线是，弱原子在某些特定的用例中是有用的，因此并不适用于所有可能的场景。如果有任何疑问，请选择更强的compareAndSet()。
4.7 attemptMark()
最后，对于attemptMark()方法，它检查当前引用是否等于作为参数传递的预期引用。如果它们匹配，它会自动将标记值原子设置为给定的更新值：
@Test
void givenTheSameObjectReference_whenUsingAttemptMarkMethod_thenMarkShouldBeUpdated() {
Employee employee = new Employee(123, "Mike");
AtomicMarkableReference<Employee> employeeNode = new AtomicMarkableReference<>(employee, true);
assertTrue(employeeNode.attemptMark(employee, false));
assertFalse(employeeNode.isMarked());
}
值得注意的是，即使预期引用值和当前引用值相等，此方法也可能会错误地失败。因此，我们应该注意方法执行返回的布尔值。
如果标记更新成功，则结果为true，否则为false。但是，当当前引用等于预期引用时，重复调用将修改标记值。因此，建议在while循环结构中使用此方法。
此故障可能是由attemptMark()方法用于更新字段的compare-and-swap(CAS)算法造成的，如果我们有多个线程试图使用CAS更新同一个值，其中一个线程会设法更改该值，而另一个线程会收到更新失败的通知。
5. 总结
在本快速指南中，我们学习了AtomicMarkableReference类是如何实现的。此外，我们还说明了如何通过类的公共API方法来原子地更新其属性。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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