可以以线程安全的方式安全地递增 BigInteger，也许使用 AtomicReference，没有锁定？

Question

我们的很多代码都是遗留的，但我们正在转向“大数据”后端，我正在尝试宣传更新的 API 调用，鼓励使用最新的 Spring 库等。我们的问题之一是应用层 ID 生成。由于我不明白的原因，更高的权威想要顺序的 BigInteger。我会通过重新生成并重新尝试失败的插入来使它们随机化，但我确实被否决了。

撇开抱怨不谈，我现在需要跨线程递增并获取 BigInteger 并以安全且高性能的方式进行操作。我以前从未使用过 AtomicReference，但它看起来非常适合这个应用程序。现在我们有一个同步的代码块，它严重地损害了我们的性能。

这是正确的方法吗？语法示例？

我应该提到这个模块的工作方式，它使用存储过程访问数据库以获取要使用的值范围。一次数以万计，因此它可能仅在 20 分钟内发生一次。这可以防止各种服务器相互踩踏，但也增加了必须将 BigInteger 设置为任意后续值的麻烦。当然，这也需要是线程安全的。

附：我仍然认为我的随机生成想法比处理所有这些线程的东西要好。 BigInteger 是一个大得离谱的数字，两次生成相同数字的几率必须接近于零。

Answer 1

使用 Java 8 中引入的accumulateAndGet 或getAndAccumulate，这变得更易于管理和理解。它们允许您通过提供将值设置为函数结果的累加器函数来原子地更新值，并且还可以根据您的需要返回先前的或计算的结果。以下是该类的外观示例，然后是我编写的使用它的简单示例：

import java.math.BigInteger;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public final class AtomicBigInteger {

  private final AtomicReference<BigInteger> bigInteger;

  public AtomicBigInteger(final BigInteger bigInteger) {
    this.bigInteger = new AtomicReference<>(Objects.requireNonNull(bigInteger));
  }

  // Method references left out for demonstration purposes
  public BigInteger incrementAndGet() {
    return bigInteger.accumulateAndGet(BigInteger.ONE, (previous, x) -> previous.add(x));
  }

  public BigInteger getAndIncrement() {
    return bigInteger.getAndAccumulate(BigInteger.ONE, (previous, x) -> previous.add(x));
  }

  public BigInteger get() {
    return bigInteger.get();
  }
}

一个使用它的例子：

import java.math.BigInteger;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

public class ABIExample {

  private static final int AVAILABLE_PROCS = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
  private static final int INCREMENT_AMOUNT = 2_500_000;
  private static final int TASK_AMOUNT = AVAILABLE_PROCS * 2;
  private static final BigInteger EXPECTED_VALUE = BigInteger.valueOf(INCREMENT_AMOUNT)
                                                             .multiply(BigInteger
                                                                           .valueOf(TASK_AMOUNT));

  public static void main(String[] args)
      throws InterruptedException, ExecutionException {
    System.out.println("Available processors: " + AVAILABLE_PROCS);


    final ExecutorService executorService = Executors
        .newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

    final AtomicBigInteger atomicBigInteger = new AtomicBigInteger(BigInteger.ZERO);

    final List<Callable<Void>> incrementTasks =  IntStream.rangeClosed(1, TASK_AMOUNT)
             .mapToObj(i -> incrementTask(i, atomicBigInteger))
             .collect(Collectors.toList());
    final List<Future<Void>> futures = executorService.invokeAll(incrementTasks);
    for (Future<Void> future : futures) {
      future.get();
    }
    executorService.shutdown();
    executorService.awaitTermination(30, TimeUnit.SECONDS);
    System.out.println("Final value: " + atomicBigInteger.get());
    final boolean areEqual = EXPECTED_VALUE.equals(atomicBigInteger.get());
    System.out.println("Does final value equal expected? - " + areEqual);
  }

  private static Callable<Void> incrementTask(
      final int taskNumber,
      final AtomicBigInteger atomicBigInteger
  ) {
    return () -> {
      for (int increment = 0; increment < INCREMENT_AMOUNT; increment++) {
        atomicBigInteger.incrementAndGet();
      }
      System.out.println("Task #" + taskNumber + " Completed");
      return null;
    };

  }
}

以及在我的机器上运行示例的输出：

Available processors: 8
Task #3 Completed
Task #8 Completed
Task #7 Completed
Task #6 Completed
Task #5 Completed
Task #2 Completed
Task #4 Completed
Task #1 Completed
Task #9 Completed
Task #10 Completed
Task #11 Completed
Task #13 Completed
Task #16 Completed
Task #12 Completed
Task #14 Completed
Task #15 Completed
Final value: 80000000
Does final value equal expected? - true

Answer 2

可以使用 AtomicReference，这是一个快速草稿：

public final class AtomicBigInteger {

    private final AtomicReference<BigInteger> valueHolder = new AtomicReference<>();

    public AtomicBigInteger(BigInteger bigInteger) {
        valueHolder.set(bigInteger);
    }

    public BigInteger incrementAndGet() {
        for (; ; ) {
            BigInteger current = valueHolder.get();
            BigInteger next = current.add(BigInteger.ONE);
            if (valueHolder.compareAndSet(current, next)) {
                return next;
            }
        }
    }
}

它基本上是 incrementAndGet() 的 AtomicLong 代码的副本