java是否有可能以线程安全的方式安全地递增BigInteger，可能是使用AtomicReference，不带锁？

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，我正在努力宣传新的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。出于我不明白的原因，一个更高的权威想要序列的BigInteger。我本可以通过重新生成并重新尝试失败的插入来随机设置它们，但我确实被否决了

撇开牢骚不谈，我现在的处境是，我需要在线程之间递增并获得一个大整数，并以安全且高效的方式执行它。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，这严重影响了我们的性能

走这条路对吗？语法示例

我应该提到的是，这个模块的工作方式是，它使用存储过程访问数据库，以获取一系列要使用的值。一次数万次，所以可能每20分钟只发生一次。这可以防止不同的服务器相互攻击，但也增加了必须将BigInteger设置为任意后续值的麻烦。当然，这也需要线程安全

另外，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是一个非常大的数字，两次生成同一个数字的几率必须接近零

Answer 1

使用Java8中引入的^{}或^{}，这将变得更易于管理和理解。通过提供一个累加器函数，可以将值设置为函数的结果，并根据需要返回之前的结果或计算结果，从而自动更新值。下面是一个关于该类的示例，接下来是我编写的一个使用该类的简单示例：

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();
  }
}

使用它的一个例子：

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

使用原子参考是可能的，这里有一个快速草案：

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()的原子长代码的副本