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五、原子操作之DoubleAdder

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原子操作之 DoubleAdder

1. 前言

今天为大家介绍原子操作之 DoubleAdder。此工具位于 java.util.concurrent.atomic 包中。

本节先介绍 DoubleAdder 工具类的基本概念和最基本用法,之后给出 DoubleAdder 工具类最常用的场合说明,然后通过简单的编码实现一个实际案例,让大家有一个理性的认识,最后带领大家熟悉 DoubleAdder 最常用的一些编程方法,进一步加深对 DoubleAdder 工具类的理解。

下面我们正式开始介绍吧。

2. 概念介绍

DoubleAdder 工具类采用了 “分头计算最后汇总” 的思路,避免每一次(细粒度)操作的并发控制,提高了并发的性能。什么是细粒度的同步控制呢?所谓细粒度的同步控制,指的是对待同步控制对象的每一次操作都需要加以控制,这样描述是不是有点抽象,别着急,看下面的图示。
20210321215732116.jpg
我们看下面 DoubleAdder 工具类的基本用法。

3. 基本用法

// 首先创建一个 DoubleAdder 对象
DoubleAdder doubleAdder = new DoubleAdder();
...
// 调用累加方法
doubleAdder.add(50.5);
doubleAdder.add(49.5);
// 调用求和方法
double sum = doubleAdder.sum();
...

是不是很简单,那 DoubleAdder 在我们日常实践中,到底应该应用在哪些场合比较合适呢?下面我们给出最常用的场景说明。

4. 常用场景

DoubleAdder 经常用于多线程并发做收集统计数据的场合,而不是细粒度的同步控制。
下面我们用 DoubleAdder 工具类实现一个生活案例:某商场为了掌握客流特征,在商场所有出入口架设了人体特征识别设备,此类设备可以有效识别客人性别等信息。基于此,商场管理办公室计划制作一个客流性别流量图表,用于决策商场的服务内容。

5. 场景案例

import java.util.concurrent.atomic.DoubleAdder;

public class DoubleAdderTest {

    // 首先创建三个 DoubleAdder 对象分别表示统计结果
    // 代表当天所有进入商场的男性客户总数量
    private static DoubleAdder maleCount = new DoubleAdder();
    // 代表当天所有进入商场的女性客户总数量
    private static DoubleAdder womenCount = new DoubleAdder();
    // 代表当天所有进入商场的未能识别的客户总数量
    private static DoubleAdder unknownGenderCount = new DoubleAdder();

    public static void main(String[] args) {
        // 定义30个商场入口检测设备
        for (int i = 1; i <= 30; i++) {
            MonitoringDevice monitoringDevice = new MonitoringDevice(maleCount, womenCount, unknownGenderCount, i);
            // 开启检测设备进行检测
            new Thread(monitoringDevice).start();
        }
    }
}

在上面的代码中,首先创建三个 DoubleAdder 对象分别表示统计结果,然后创建了 30 个商场入口检测设备模拟检测识别,接下来每个检测设备如何动作呢,看下面的代码。

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.atomic.DoubleAdder;

public class MonitoringDevice implements Runnable {

    private DoubleAdder maleCount;
    private DoubleAdder womenCount;
    private DoubleAdder unknownGenderCount;

    private String monitoringDeviceNo;

    public MonitoringDevice(DoubleAdder maleCount, DoubleAdder womenCount, DoubleAdder unknownGenderCount, int monitoringDeviceNo) {
        this.maleCount = maleCount;
        this.womenCount = womenCount;
        this.unknownGenderCount = unknownGenderCount;
        this.monitoringDeviceNo = "第" + monitoringDeviceNo + "监控采集处";
    }

    public void run() {
        while (true) {
            // 监测处理 (监测设备输出1代表男性,0代表女性,其他代表未能识别,此处随机产生监测结果)
            try {
                Thread.sleep(new Random().nextInt(3000));
            } catch (Exception e) {}
            int monitoringDeviceOutput = new Random().nextInt(3);

            // 对监测结果进行统计
            switch (monitoringDeviceOutput) {
                case 0: womenCount.add(1); 
                    System.out.println("统计结果: womenCount=" + womenCount.sum());
                    break;
                case 1: maleCount.add(1); 
                    System.out.println("统计结果: maleCount=" + maleCount.sum());
                    break;
                default: unknownGenderCount.add(1);
                    System.out.println("统计结果: unknownGenderCount=" + unknownGenderCount.sum());
                    break;
            }
        }
    }
}

在 MonitoringDevice 类中,首先模拟监测设备输出,然后将输出结果使用 add () 进行统计累加,使用 sum () 输出累加结果。运行一段时间后运行结果如下。

...
统计结果: unknownGenderCount=23.0
统计结果: womenCount=24.0
统计结果: maleCount=32.0
...

上面的案例中,总共计算了三个统计值,每一个统计值都使用了多个线程同时进行统计计算。在统计过程中,每一个线程只需要累加自己的那份统计结果,所以不需要做同步控制,只要在最后进行汇总统计结果时做同步控制进行汇总即可。像这样的场景使用 DoubleAdder 工具类会非常方便简洁。

至此,大家对 DoubleAdder 已经有了初步的理解,接下来我们继续丰富对 DoubleAdder 工具类的认识。

6. 核心方法介绍

除过上面代码中使用的最基本的 add (int)、sum () 方法之外,我们再介绍两个方法的使用。

1、reset () 方法

将累加器值置为 0,即为后继使用重新归位。

2、sumThenReset () 方法

此方法逻辑等同于先调用 sum () 方法再调用 reset () 方法,简化代码编写。

7. 小结

本节通过一个简单的例子,介绍了 DoubleAdder 的基本用法。在 java.util.concurrent.atomic 包中还有一个类似的工具类 LongAdder,用法大同小异,希望大家在日常研发中多比较多总结,早日掌握之。

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