Java并发利器：AtomicReferenceArray详解（线程安全的引用数组实现）

什么是 AtomicReferenceArray？

AtomicReferenceArray 是一个支持原子操作的 Object 引用数组。它允许你在不使用显式锁（如 synchronized）的情况下，对数组中的元素进行线程安全的读取、写入和更新操作。这使得它非常适合在高并发场景下使用，避免了传统同步机制带来的性能开销。

与普通数组不同，AtomicReferenceArray 的每个操作（如 get()、set()、compareAndSet()）都是原子的，这意味着多个线程同时访问时不会出现数据竞争问题。

AtomicReferenceArray 常用方法介绍

以下是 AtomicReferenceArray 的几个核心方法：

• get(int i)：获取索引 i 处的元素。
• set(int i, E newValue)：设置索引 i 处的元素为新值。
• compareAndSet(int i, E expectedValue, E newValue)：如果当前值等于 expectedValue，则原子地将其设为 newValue。
• lazySet(int i, E newValue)：最终设置索引 i 的值（不保证立即对其他线程可见）。
• length()：返回数组长度。

实战示例：使用 AtomicReferenceArray 实现线程安全计数器数组

假设我们有多个线程需要对一个字符串数组进行更新操作，要求每次更新都必须基于当前值。我们可以使用 compareAndSet 方法来实现“乐观锁”机制。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceArray;public class AtomicReferenceArrayExample {    public static void main(String[] args) {        // 创建一个长度为 3 的 AtomicReferenceArray，初始值为 null        AtomicReferenceArray<String> array = new AtomicReferenceArray<>(3);        // 初始化数组        for (int i = 0; i < array.length(); i++) {            array.set(i, "初始值-" + i);        }        // 启动多个线程尝试更新索引 0 的值        for (int t = 0; t < 5; t++) {            final int threadId = t;            new Thread(() -> {                String oldValue = array.get(0);                String newValue = oldValue + "[线程" + threadId + "]";                // 使用 compareAndSet 实现原子更新                boolean updated = array.compareAndSet(0, oldValue, newValue);                if (updated) {                    System.out.println("线程 " + threadId + " 更新成功: " + newValue);                } else {                    System.out.println("线程 " + threadId + " 更新失败（已被其他线程修改）");                }            }).start();        }        // 等待所有线程完成（简化处理，实际应使用 CountDownLatch）        try {            Thread.sleep(1000);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("最终数组内容：");        for (int i = 0; i < array.length(); i++) {            System.out.println("索引 " + i + ": " + array.get(i));        }    }}

在这个例子中，多个线程尝试更新同一个位置（索引 0）的值。只有第一个成功执行 compareAndSet 的线程会更新成功，其余线程会因旧值已改变而失败。这种机制避免了加锁，提高了并发性能。

AtomicReferenceArray 与普通数组的区别

适用场景与最佳实践

AtomicReferenceArray 非常适合以下场景：

• 实现无锁队列或环形缓冲区
• 多线程共享状态管理（如标志位数组）
• 高性能缓存结构中的引用存储

**最佳实践建议**：

• 优先使用 compareAndSet 而不是直接 set，以避免覆盖其他线程的更新。
• 不要在 compareAndSet 的循环中做耗时操作，以免影响性能。
• 注意内存可见性：虽然 AtomicReferenceArray 保证原子性，但对象内部状态仍需自行保证线程安全（例如使用不可变对象）。

总结

通过本文，你已经掌握了 AtomicReferenceArray 的基本概念、常用方法以及实际应用场景。作为 Java并发编程 中的重要工具，它提供了一种高效、无锁的方式来实现 线程安全数组 操作。结合 原子操作 的特性，你可以在高并发系统中构建更可靠、更高性能的数据结构。

希望这篇教程能帮助你深入理解 AtomicReferenceArray，并在实际项目中灵活运用！