為什麼要用 AtomicReference？
我正在開發一個工具軟件，需要檢測某個對象是否被多個線程調用。為此我用到了以下的不可變類：
public class State { private final Thread thread; private final boolean accessedByMultipleThreads; public State(Thread thread, boolean accessedByMultipleThreads) { super(); this.thread = thread; this.accessedByMultipleThreads = accessedByMultipleThreads; } public State() { super(); this.thread = null; this.accessedByMultipleThreads = false; } public State update() { if(accessedByMultipleThreads) { return this; } if( thread == null ) { return new State(Thread.currentThread() , accessedByMultipleThreads); } if(thread != Thread.currentThread()) { return new State(null,true); } return this; } public boolean isAccessedByMultipleThreads() { return accessedByMultipleThreads; }}第2行，thread 變量中存放了訪問對象的第一個線程。第23行，當有其它線程訪問該對象時，把 accessedByMultipleThreads 變量設為 true，並把 thread 變量置為 null。第15至17行，當 accessedByMultipleThreads 變量為 true 時，不改變 state。
在每個對象中使用這個類，檢查是否被多個線程訪問。下面的 UpdateStateNotThreadSafe 展示瞭如何使用 state：
public class UpdateStateNotThreadSafe { private volatile State state = new State(); public void update() { state = state.update(); } public State getState() { return state; }}第2行，把 state 存入 volatile 變量。這裡需要使用 volatile 關鍵字確保線程始終能夠看到當前值。
下面這個測試用來檢查 volatile 變量是否線程安全：
import com.vmlens.api.AllInterleavings;public class TestNotThreadSafe {@Testpublic void test() throws InterruptedException { try (AllInterleavings allInterleavings = new AllInterleavings(“TestNotThreadSafe”);){ while (allInterleavings.hasNext()) { final UpdateStateNotThreadSafe object = new UpdateStateNotThreadSafe(); Thread first = new Thread(() -> { object.update(); });Thread second = new Thread(() -> { object.update(); });first.start();second.start();first.join();second.join();assertTrue(object.getState().isAccessedByMultipleThreads()); }}}}第9至10行創建了兩個線程，用來測試在 volatile 變量是否線程安全。第11至12行啟動這兩個線程，直到兩個線程調用線程 join 操作結束（第13至14行）。第15行，當兩個線程停止後，檢查 accessedByMultipleThreads 是否為 true。
為了測試所有線程的交叉情況，第7行的 while 循環會遍歷 AllInterleavings 類中所有 interleavingvmlens。（譯註：interleaving 是 vmlens 開發庫多線程測試中的概念）運行測試看到以下錯誤：
java.lang.AssertionError: at org.junit.Assert.fail(Assert.java:91) at org.junit.Assert.assertTrue(Assert.java:43) at org.junit.Assert.assertTrue(Assert.java:54)vmlens 的報告揭示了問題所在：
這裡的問題在於，對於特定線程兩個線程會首先交叉讀取 state。因此，一個線程會覆蓋另一個線程的結果。
如何使用 AtomicReference？
為了解決這種競態條件，我使用 AtomicReference 的 compareAndSet 方法。
compareAndSet 方法有兩個參數，期望值和更新值。該方法會自動檢測當前值與期望值是否相等。如果相等，會設置為更新值並返回 true。如果不等，則當前值保持不變並返回 false。
這種方法的主要思想，通過 compareAndSet 檢查計算新值的過程中，當前值是否被另一個線程修改。如果沒有，可以安全地更新當前值。否則，需要使用更改後的當前值重新計算新值。
下面顯示瞭如何使用 compareAndSet 方法自動更新 state：
public class UpdateStateWithCompareAndSet { private final AtomicReference state = new AtomicReference(new State()); public void update() { State current = state.get(); State newValue = current.update(); while( ! state.compareAndSet( current , newValue ) ) { current = state.get(); newValue = current.update(); } } public State getState() { return state.get(); }} 第2行，對 state 變量使用了AtomicReference。第5行，要更新 state 首先需要獲取當前值。然後，在第6行計算新值，並在第7行嘗試使用 compareAndSet 更新 AtomicReference。如果更新成功，則處理完畢。如果沒有成功，需要在第8行再次獲取當前值，並在第9行重新計算新值。然後，再次嘗試使用 compareAndSet 更新 AtomicReference。使用 while 循環是因為 compareAndSet 可能會多次失敗。
總結
使用 volatile 變量會引發競態條件，因為某個特定線程的交叉訪問會覆蓋其它線程的計算結果。通過使用 AtomicReference 類中的 compareAndSet 方法可以規避這種競態條件。通過這種方法，可以自動檢查當前值是否與開始計算時相同。如果相同，可以安全地更新當前值。否則，需要用更改後的當前值重新計算新值。
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