原子操作

假设有A、B两个操作，从执行A操作的线程来看，执行B操作的线程要么完全执行B操作，要么完全不执行B操作，A、B对彼此来说就是原子操作

实现

1、使用锁机制，synchronized 关键字就是基于阻塞的锁机制，即当一个线程拥有锁的时候，访问同一资源的其它线程需要等待，直到该线程释放锁。这是一种粒度较粗的机制，也会带来一些其他问题，如多线程并发时，消耗大量的CPU资源；死锁；线程持有锁一直不释放等。

2、使用现代处理器基本都支持的CAS指令。

CAS（Compare And Swap）实现思路

CAS是无锁化实现原子操作，每一个 CAS 操作过程都包含三个运算符：一个内存地址 V，一个期望的值 A 和一个新值 B，操作的时候如果这个地址上存放的值等于这个期望的值 A，则将地址上的值赋为新值 B，否则不做任何操作。循环CAS 就是通过自旋（死循环）不断的做 cas 操作，直到成功为止。它是利用CPU的多处理能力，实现硬件层面上的阻塞，再加上volatile特性来实现基于原子操作的线程安全。

CAS的缺陷

1、ABA问题：

举个通俗点的例子，你倒了一杯水放桌子上，干了点别的事，然后同事把你水喝了又给你重新倒了一杯水，你回来看水还在，拿起来就喝，如果你不管水中间被人喝过，只关心水还在，这就是 ABA 问题。

因为CAS 需要在操作值的时候，检查操作值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新。但是如果一个值原来是 A，变成了 B，又变成了 A，那么使用 CAS 进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

解决思路：使用版本号，每次操作值变化，给版本号加1，这样再进行CAS时，检查操作数值和版本号是否都不变，再给交换新值。

2、自旋时间长，一直不成功，会使CPU资源消耗变大。

3、只能保证一个共享变量的原子操作。

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环 CAS 就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。

还有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如，有两个共享变量 i＝2，j=a，合并一下 ij=2a，然后用 CAS 来操作 ij。从 Java 1.5开始，JDK 提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作。

Jdk 中相关原子操作类的使用

AtomicInteger

•int addAndGet（int delta）：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger 里的 value）相加，并返回结果。

•boolean compareAndSet（int expect，int update）：如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。

•int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加 1，注意，这里返回的是自增前的值。

•int getAndSet（int newValue）：以原子方式设置为 newValue 的值，并返回旧值。

AtomicIntegerArray

主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下。

•int addAndGet（int i，int delta）：以原子方式将输入值与数组中索引 i 的元素相加。

•boolean compareAndSet（int i，int expect，int update）：如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置 i 的元素设置成 update 值。

需要注意的是，数组 value 通过构造方法传递进去，然后 AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份，所以当 AtomicIntegerArray 对内部的数组元素进行修改时，不会影响传入的数组。

更新引用类型

原子更新基本类型的 AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic 包提供了以下 3个类。

AtomicReference：原子更新引用类型。

AtomicStampedReference：利用版本戳的形式记录了每次改变以后的版本号，这样的话就不会存在 ABA问题。这就是AtomicStampedReference 的解决方案。AtomicMarkableReference跟 AtomicStampedReference 差不多，AtomicStampedReference 是使用 pair 的 int stamp 作为计数器使用，AtomicMarkableReference 的 pair 使用的是 boolean mark。

还是那个水的例子，AtomicStampedReference 可能关心的是动过几次，AtomicMarkableReference 关心的是有没有被人动过，方法都比较简单。

AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。可以原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型。构造方法是 AtomicMarkableReference（V initialRef，booleaninitialMark）。

原子更新字段类

如果需原子地更新某个类里的某个字段时，就需要使用原子更新字段类，Atomic 包提供了以下 3 个类进行原子字段更新。

要想原子地更新字段类需要两步。

第一步，因为原子更新字段类都是抽象类，每次使用的时候必须使用静态方法 newUpdater()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。

第二步，更新类的字段（属性）必须使用 public volatile修饰符。

AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。

AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。

AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。

原子操作CAS