原子类使用 CAS 替代锁,实现基本类似,我们本文以 AtomicInteger 为例来研究其究竟是如何实现无锁同步的.

前言

一个可以自动更新的int值。 AtomicInteger用于原子递增计数器之类的应用程序，并且不能用作Integer的替代品。 但是，此类确实继承了Number，以允许处理基于数字的类的工具和实用程序进行统一访问。

继承关系

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• 继承关系easy

  
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• 由于继承了 Number,所以可以把 Number 代表的数值转换为基本数值类型

  
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属性

• 设置为使用 Unsafe.compareAndSwapInt 进行更新

  
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注意到 unsafe 和 valueOffset 都是 static final 字段，而 value 有 volatile 修饰.

• valueOffset 在静态代码块中完成初始化:

  
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AtomicInteger 的初衷就是在不使用锁的前提下，实现原子的读-改-写操作，这是通过 Unsafe 类提供的 CAS 操作实现的，CAS 操作有底层 CPU 直接支持。

构造方法

AtomicInteger 提供两个构造函数

• 用给定值初始化 AtomicInteger

  
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• 无参构造，初始值为 0

  
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注意,该类所有方法都被 final 修饰,子类无法重写!

API 源码

get - 获取当前值

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set - 设为给定值

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由于 value 是 volatile 变量，通过内存屏障，set 对 value 的修改对其他线程是立即可见 的，无需添加 synchronized.

lazySet - 延迟设值

JDK 1.6 时引入.
大部分场景直接用 set 即可，但 set 内存屏障将禁止重排序，这会带来一定的性能消耗，因此非常关心性能，而lazySet不会立刻(但最终会)修改旧值，别的线程看到新值的时间会延迟一些

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lazySet 具有 write（assign）volatile 变量的内存效果，除了它允许对后续（但不是先前）的内存操作进行重排序，而这些内存操作本身不会对普通的非 volatile 写入施加强加约束。 在其他使用上下文中，为了进行垃圾回收，lazySet 可能在清空时适用，以后再也不会访问该引用。

getAndSet - 设新值,返旧值

因为 value 是 volatile 变量，所以对 value 的 read/write 具备 happens-before 关系，所以一个很容易想到的实现为：

AtomicInteger counter = new AtomicInteger();
int oldV = counter.get();
counter.set(10);

但该实现是错的，因为 counter.get() 与 counter.set(10) 之间可能插入其他线程的 set，所以 oldV 不能保证是 set(10) 执行时的 value 值，当然通过锁将 get 与 set(10) 变成原子操作可以满足需求，但我们使用 AtomicInteger 就是为了避免使用锁，所以也不能这么做.
于是有了getAndSet：

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将 set 和 get 合并成一个原子操作，同时避免使用锁，依旧借助 unsafe 实现。

基本的运算操作

自增

• 以原子方式将当前值增加一(i++)

  
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• 以原子方式将当前值增加一(++i)

  
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自减

• 以原子方式将当前值减一(i--)

  
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• 以原子方式将当前值减一(--i) image

都是基于 Unsafe.getAndAddInt 实现的，该方法实现 value 加操作，且返回旧值。

任意值的加减

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CAS 操作

compareAndSet

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getAndSet 无脑更新 value ，并发场景下不会一直如此简单，有时要求 value 满足特定条件时才设置，这是非常典型的原子复合操作

1. 检查某条件是否成立
2. 根据条件成功、失败执行不同操作

在业务代码中，这种操作一般用锁实现，但 AtomicInteger 原生提供的 compareAndSet 无锁完美解决.
只有 value 的当前值等于 expect 时，才把 value 设置为 update，同时如果设置成功则返回 true，否则返回 false。
借助返回值可以检测方法的执行结果，因此可以在循环操作中不断执行 compareAndSet，直到成功，在线程池的源码中，很多方法都是这种套路。

weakCompareAndSet

• 弱化版compareAndSet,可能会虚假地失败，并且不提供排序保证，因此，很少是compareAndSet的适当替代方法,JDK8源码中未曾使用过它,因为二者在 Java 源码层次是一模一样的.

  
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总结

AtomicIntger 的关键是 compareAndSet 方法，基于它可实现乐观的无锁算法.其妙用在 线程池中有着淋漓尽致地体现