Unsafe
Java无法直接访问底层操作系统，而是通过本地native方法来访问。不过尽管如此，JVM还是开了一个后门，JDK中有一个类Unsafe，它提供了硬件级别的原子操作。这个类尽管里面的方法都是public的，但是并没有办法使用它们，JDK API文档也没有提供任何关于这个类中方法的介绍。总而言之，对于Unsafe类的使用都是受限的，只有授信的代码才能获得该类的实例，当然JDK库里面的类是可以随意使用的。
Unsafe提供了硬件级别的操作，比如说获取某个属性在内存中的位置，比如说修改对象的字段值，即使它是私有的。不过Java本身就是为了屏蔽底层的差异，对于一般的开发而言也很少会有这样的需求。
举两个栗子，比方说：
public native long staticFieldOffset(Field paramField);
这个方法可以用来获取给定的paramField的内存地址偏移量，这个值对于给定的field是唯一的且固定不变的。在比如：
public native int arrayBaseOffset(Class paramClass);
public native int arrayIndexScale(Class paramClass);
其中前一个方法是用来获取数组第一个元素的偏移地址，后一个方法是用来获取数组的转换因子即数组中元素的增量地址的。next方法：
public native long allocateMemory(long paramLong);
public native long reallocateMemory(long paramLong1, long paramLong2);
public native void freeMemory(long paramLong);
分别用来分配内存，扩充内存和释放内存的。
CAS
CAS，Compare and Swap即比较并交换，设计并发算法时常用到的技术，java.utile.concurrent包完全建立在CAS之上，没有CAS也就没有此包，可见CAS的重要性。当前的处理器基本都支持CAS，只不过不同的厂家实现不一样罢了。CAS有三个操作数：内存值V、旧的预期值A、要修改的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做并返回false。
CAS也是通过Unsafe实现的，看下一下三个方法：
public final native boolean compareAndSwapObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2, Object paramObject3);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt1, int paramInt2);
public final native boolean compareAndSwapLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2, long paramLong3);
就拿中间这个比较并交换int为例，如果我们不用CAS，那么代码大致是这样的：
public int i = 1;
public boolean compareAndSwapInt(int j) {
if (i == 1) {
i = j;
return true;
}
return false;
}
当然这段代码在并发下是肯定有问题的，有可能线程1运行到了第5行正准备运行第7行，线程2运行了，把i修改为10，线程切换回去，线程1由于先前已经满足第5行的if了，所以导致这两个线程同时修改了变量i。解决办法也很简单，给compareAndSwqpInt方法加锁同步就行了，这样compareAndSwapInt方法就变成了一个原子操作。CAS也是一样的道理，比较、交换也是一组原子操作，不会被外部打断，先更加paramLong/paramLong1获取到内存中当前的内存值V，在将内存值V和原值A作比较，要是相等就修改为要修改的值B，由于CAS都是硬件级别的操作，因此效率会高一些。
由CAS分析AtomicInteger原理，java.util.concurrent.atomic包下的原子操作类都是基于CAS实现的，下面先分析一下AtomicInteger类变量的定义：
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;
关于这段代码中出现的几个成员属性：
-
Unsafe是CAS的核心类 -
valueOffset表示的是变量值在内存中的偏移地址，因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据原值的。 - 「关键」:value是用
volatile修饰的
AtomicInteger中getAndIncrement是如何实现的，比如常用的andAndGet方法：
public final int addAndGet(int delta) {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + delta;
if (compareAndSet(current, next))
return next;
}
}
public final int get() {
return value;
}
这段代码如何在不加锁的情况下通过CAS实现线程安全：
-
AtomicInteger中value原始值为3，即主内存中AtomicInteger的value为3，根据Java内存模型，线程1和线程2各自持有一份value的副本，值为3. - 线程1运行到第三行获取到当前的
value为3，线程切换。 - 线程2开始运行，获取
value为3，利用CAS对比内存中的值也为3，比较成功，修改内存，此时内存中的value改变比如说4，线程切换。 - 线程1恢复运行，利用CAS比较发现自己的
value为3，内存中的value为4，得到一个重要的结论->此时value正在被另外一个线程修改，所以我不能去修改。 - 线程1的
compareAndSet失败，循环判断，因为value是volatile修饰的，所以它具备可见性的特性，线程2对于value的改变能被线程1看到，只要线程1发现当前获取的value是4，内存中的value也是4，说明线程2对于value的修改已经完毕并且线程1可以尝试去修改它。 - 最后说一点，比如说此时线程3也准备修改
value了，因为比较-交换是一个原子操作不可被打断，线程3修改了value，线程1进行compareAndSet的时候必然返回false，这样线程1会继续循环去获取最新的value并进行compareAndSet，直至获取的value和内存中value一致为止。
整个过程中，利用CAS机制保证了对于value修改线程安全性。
CAS缺点（ABA）
CAS这种操作显然无法涵盖并发下的所有场景，并且CAS从语义上来说也不是完美的，存在这一一个逻辑漏洞：如果一个变量初次读取的时候是A值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值，那我们就能说明它的值没有被其它线程修改过了吗？如果这段期间它的值曾经被改成了B，然后又改回A，那么CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。这个漏洞称为CAS操作的ABA问题。java.util.concurrent包为了解决这个问题，提供了一个带有标记性的原子引用类AtomicStampedRenference，它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。不过目前来说这个类比较鸡肋，大部分情况下ABA问题并不会影响程序并发的正确性，如果需要解决ABA问题，使用传统的互斥同步可能回避原子类更加高效。
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