可以创建可以原子交换的 AtomicReference 吗？

Question

有没有办法实现一种引用类型，它的值可以与另一个原子交换？

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在 Java 中，AtomicReference 可以与局部变量交换，但不能与另一个 AtomicReference 交换。

你可以这样做：

AtomicReference r1 = new AtomicReference("hello");
AtomicReference r2 = new AtomicReference("world");

并通过两种操作的组合交换它们：

r1.set(r2.getAndSet(r1.get()));

但这使它们之间的状态不一致，两者都包含"hello"。此外，即使你可以原子地交换它们，你仍然不能原子地读取它们（作为一对）。

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我想做的是：

PairableAtomicReference r1 = new PairableAtomicReference("hello");
PairableAtomicReference r2 = new PairableAtomicReference("world");
AtomicRefPair rp = new AtomicRefPair(r1, r2);

然后

Object[] oldVal, newVal;
do {
    oldVal = rp.get();
    newVal = new Object[] {oldVal[1], oldVal[0]};
} while (! rp.compareAndSet(oldVal, newVal));

交换值，并在另一个线程中：

AtomicRefPair otherRP = new AtomicRefPair(r1, r2);
System.out.println(Arrays.toString(otherRP.get()));

并确保输出为[hello, world] 或[world, hello]。

注意事项：

• r1 和 r2 已配对用于此操作，但另一个线程可能会独立配对，例如 r1 和另一个 r3（不幸的是，这意味着我不能使用 this solution。）
• 将有数十万个这样的引用，因此全局 ReentrantLock 将是一个主要瓶颈。
• rp 和 otherRP 不一定在线程之间共享，因此简单地锁定它们是行不通的。它们可能是interned，但实习生池需要自己的同步，这将是另一个瓶颈。
• 我在这里只进行了 2 组参考，但能够进行 3 组或更多组将是一个奖励。

是否可以实现AtomicRefPair 的无锁版本？我有一种预感，但如果不是，那么也许某处有一篇文章解释了原因？

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相关：How do I atomically swap 2 ints in C#?

Answer 1

有一个不可变的类持有该对。那是你的原子。交换对意味着替换原子。

更新：您的问题不是很清楚。但一般来说，对于由多个变量组成的并发系统，可能需要

1. 拍摄系统状态的快照。快照一旦拍摄就不会改变。
2. 通过一次更改多个变量以原子方式更新系统状态。可能需要在我的更新和之前的快照（我的计算基于）之间没有其他更新

如果不消耗太多资源，您可以直接在快照中为系统建模。

Answer 2

我不知道是否有一个很好的解决方案，但以下丑陋的解决方案可以工作：

public final class MyReference<T> extends ReentrantLock implements Comparable<MyReference<T>> {
    public MyReference() {
        id = counter.incrementAndGet();
    }

    public void swap(MyReference<T> other) {
        if (id < other.id) {
            lock();
            other.lock();
        } else {
            other.lock();
            lock();
        }
        final T tmp = value;
        value = other.value;
        other.value = tmp;
        unlock();
        other.unlock();
    }

    public static <T> List<T> consistentGet(List<MyReference<T>> references) {
        final ArrayList<MyReference<T>> sortedReferences = Lists.newArrayList(references);
        Collections.sort(sortedReferences);
        for (val r : sortedReferences) r.lock();
        final List<T> result = Lists.newArrayListWithExpectedSize(sortedReferences.size());
        for (val r : references) result.add(r.value);
        for (val r : sortedReferences) r.unlock();
        return result;
    }

    @Override
    public int compareTo(MyReference<T> o) {
        return id < o.id ? -1 : id > o.id ? 1 : 0;
    }

    private final static AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

    private T value;
    private final int id;
}

• 使用 MyReference 代替 AtomicReference。
• 它使用了很多锁，但没有一个是全局的。
• 它以固定的顺序获取锁，因此没有死锁。
• 它使用 lombok 和 guava 进行编译（将其视为没有它们的伪代码）。