JUC是java.util.concurrent包的简称，JUC有2大核心，CAS和AQS，CAS是java.util.concurrent.atomic包的基础，即AtomicInteger和AtomicLong等是用CAS实现的。
一. CAS原理
现在有一个AtomicInteger类型的变量，初始值为0。有两个线程需要同时对它进行一次自增操作，期待的结果是2。按照时间顺序分析一下两个线程具体的执行逻辑。
CAS原理分析.png
- t1时刻：线程1读取到当前的值是0；
- t2时刻：线程2也读取到当前的值是0；
- t3时刻：线程1先拿到CPU执行权，尝试将值设置为1，此时发现当前的值与t1时刻读取的值相等（0==0），说明没有其它线程进行改动，则将值成功设置为1；
- t4时刻：线程2拿到CPU执行权，尝试将值设置为1，此时发现当前的值已经变成了1（线程1所改），与t2时刻读取的值0不相等（0！=1），那么线程2此次尝试设置值失败；
- t5时刻：线程2重新读取当前值为1；
- t6时刻：线程2自增，尝试将值设置为2，此时发现当前的值还是1，与t5时刻读取的值相等（1==1），则可以成功设置值为2。
以上的3、4、6步骤都是CAS(Compare And Swap)操作，CAS操作在底层的硬件级别保证一定是原子的，同一时间只有一个线程可以执行CAS，先比较再设置。
二.CAS 源码
/**
* Atomically increments by one the current value.
*
* @return the updated value
*/
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
// 第一个参数为当前这个对象
// 第二个参数为AtomicInteger对象value成员变量在内存中的偏移量
// 第三个参数为要增加的值
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
// 调用底层方法得到value值
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
//通过var1和var2得到底层值,var5为当前值，如果底层值=当前值，则将值设为var5+var4，并返回true，否则返回false
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
三. 利用CAS构造一个TryLock（立即失败）自定义的显示锁
背景：使用synchronized或者基于wait()的自定义的显示锁，没有抢到锁的线程将被阻塞，现在需要一种功能尝试加锁的功能，如果线程没有争抢到锁，则抛出异常，线程直接释放掉。可以用AtomicInteger来实现。
public class CompareAndSwapLock {
/**
* 锁标志
* 0：锁空闲
* 2：锁占用
*/
private static final AtomicInteger lock = new AtomicInteger(0);
/**
* 记录当前占有锁的线程
*/
private Thread lockedThread;
/**
* 尝试加锁
*/
public void tryLock() throws GetLockException {
// CAS操作，原子性的，多线程安全
boolean success = lock.compareAndSet(0, 1);
if (!success) {
throw new GetLockException(Thread.currentThread().getName() + " try lock failed");
} else {
lockedThread = Thread.currentThread();
}
}
public void unLock() {
if (0 == lock.get()) {
return;
}
// 如果是当前线程占有锁，释放
if (lockedThread == Thread.currentThread()) {
lock.compareAndSet(1, 0);
}
}
}
public class GetLockException extends Exception {
public GetLockException() {
super();
}
public GetLockException(String message) {
super(message);
}
}
测试：
public class TryLockTest {
public static void main(String[] args) {
CompareAndSwapLock lock = new CompareAndSwapLock();
IntStream.range(0, 3).forEach(i -> new Thread(() -> {
try {
// 尝试加锁
lock.tryLock();
try {
Thread.sleep(1_000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " do something");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} catch (GetLockException e) {
// 尝试加锁异常，进行一些操作
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + e.getMessage());
} finally {
// 释放锁
lock.unLock();
}
}).start());
}
}
测试结果：
测试结果.png
可以看出，线程0抢到了锁，正常执行，线程1和线程2没有抢到锁，抛出了异常。
四. ABA问题（带有版本号的更新）
CAS机制虽然保证了原子性，但是会引发ABA问题。何为ABA问题？假设初始值为A，线程1需要将A更新为B，但是线程2在线程1更新之前进行了两步操作，先将A更新B，再将B更新回为A，此时根据CAS原理，只要预期值与当前值相等（A=A），线程1就能成功更新为B，但是实际上其它线程已经对数据进行了两次操作，只不过经过两次操作之后数据还跟原来一样。
这种场景对某些特殊的数据结构会存在隐藏的问题，比如说栈：
[https://www.cnblogs.com/549294286/p/3766717.html]
利用AtomicStampedReference解决ABA问题：
public class ABATest {
private static AtomicStampedReference stampedReference
= new AtomicStampedReference<>(100, 0);
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
boolean success = stampedReference.compareAndSet(100, 101, stampedReference.getStamp(), stampedReference.getStamp() + 1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试将100改为101，修改前版本号是：" + (stampedReference.getStamp() - 1) + ", 修改结果：" + ":" + success);
success = stampedReference.compareAndSet(101, 100, stampedReference.getStamp(), stampedReference.getStamp() + 1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试将101改为100，修改前版本号是：" + (stampedReference.getStamp() - 1) + ", 修改结果：" + ":" + success);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
int stamp = stampedReference.getStamp();
System.out.println("Before sleep:stamp = " + stamp);
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
boolean success = stampedReference.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp + 1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "尝试将100改为101，修改前版本号是：" + stamp + ", 修改结果：" + success);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
测试结果：
测试结果.png
Thread-1期待值和当前值都为100，但是修改失败，因为stamp的期待值和当前值不相等。
AtomicStampedReference的源码
public boolean compareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedStamp,
int newStamp) {
Pair current = pair;
return
//期望对象的引用和版本号和目标对象的引用和版本好都一样时，才会新建一个Pair对象，然后用新建的Pair对象和原理的Pair对象做CAS操作
expectedReference == current.reference &&
expectedStamp == current.stamp &&
((newReference == current.reference &&
newStamp == current.stamp) ||
casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
}
其实很多地方（ES、ZK）利用带有版本号(version)进行更新的操作就是基于该原理。
AtomicReference简介
AtomicReference类提供了一个可以原子读写的对象引用变量。 原子意味着尝试更改相同AtomicReference的多个线程（例如，使用比较和交换操作）不会使AtomicReference最终达到不一致的状态。 AtomicReference甚至有一个先进的compareAndSet（）方法，它可以将引用与预期值（引用）进行比较，如果它们相等，则在AtomicReference对象内设置一个新的引用。
上面的例子如果使用AtomicReference，Thread-1能成功将100更新为101，因为它更新的时候没有stamp概念。
public class AtomicReferenceTest {
public static void main(String[] args) {
SimpleObject simpleObject = new SimpleObject("tom", 88);
AtomicReference atomicReference = new AtomicReference<>(simpleObject);
// 更新结果成功，因为期待的对象引用与当前的对象引用是同一个
boolean success = atomicReference.compareAndSet(simpleObject, new SimpleObject("tom", 100));
System.out.println(success);
}
static class SimpleObject {
String name;
int id;
public SimpleObject(String name, int id) {
this.name = name;
this.id = id;
}
}
}
运行结果1.png
public class AtomicReferenceTest {
public static void main(String[] args) {
SimpleObject simpleObject = new SimpleObject("tom", 88);
AtomicReference atomicReference = new AtomicReference<>(simpleObject);
// 第一个参数传入一个新的对象，name、id与初始化的对象一样，但是更新结果任然失败，因为期待的对象引用与当前的对象引用不是同一个
boolean success = atomicReference.compareAndSet(new SimpleObject("tom", 88), new SimpleObject("tom", 100));
System.out.println(success);
}
static class SimpleObject {
String name;
int id;
public SimpleObject(String name, int id) {
this.name = name;
this.id = id;
}
}
}
运行结果2.png