什么是原子操作？如何实现原子操作？ 

假定有两个操作 A 和 B，如果从执行 A 的线程来看，当另一个线程执行 B 时， 要么将 B 全部执行完，要么完全不执行 B，那么 A 和 B 对彼此来说是原子的。 

实现原子操作可以使用锁，锁机制，满足基本的需求是没有问题的了，但是 有的时候我们的需求并非这么简单，我们需要更有效，更加灵活的机制， synchronized 关键字是基于阻塞的锁机制，也就是说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， 

这里会有些问题：

首先，如果被阻塞的线程优先级很高很重要怎么办？其次， 如果获得锁的线程一直不释放锁怎么办？（这种情况是非常糟糕的）。还有一种 情况，如果有大量的线程来竞争资源，那 CPU 将会花费大量的时间和资源来处 理这些竞争，同时，还有可能出现一些例如死锁之类的情况，最后，其实锁机制是一种比较粗糙，粒度比较大的机制，相对于像计数器这样的需求有点儿过于笨重。 

实现原子操作还可以使用当前的处理器基本都支持 CAS()的指令，只不过每个厂家所实现的算法并不一样，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。

 CAS 的基本思路就是，如果这个地址上的值和期望的值相等，则给其赋予新值，否则不做任何事儿，但是要返回原值是多少。循环 CAS 就是在一个循环里不断的做 cas 操作，直到成功为止。

 CAS 是怎么实现线程的安全呢？

语言层面不做处理，我们将其交给硬件— CPU 和内存，利用 CPU 的多处理能力，实现硬件层面的阻塞，再加上 volatile 变 量的特性即可实现基于原子操作的线程安全。

CAS实现原子操作的三大问题

ABA问题

因为 CAS 需要在操作值的时候，检查值有没有发生变化，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。 ABA 问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量 更新的时候把版本号加 1，那么 A→B→A 就会变成 1A→2B→3A。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。 如果你是一个讲卫生讲文明的小伙子，不但关心水在不在，还要在你离开的 时候水被人动过没有，因为你是程序员，所以就想起了放了张纸在旁边，写上初 始值 0，别人喝水前麻烦先做个累加才能喝水。

开销问题

循环时间长开销大。 自旋 CAS 如果长时间不成功，会给 CPU 带来非常大的执行开销。

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 Java1.5 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。

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JDK中相关原子操作类的使用

更新基本类型类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong

更新数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray

更新引用类型：AtomicReference，AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

原子更新字段类：AtomicReferenceFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicLongFieldUpdater

AtomicInteger

 •intaddAndGet（intdelta）：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。

 •booleancompareAndSet（intexpect，intupdate）：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。 

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

•intgetAndSet（intnewValue）：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。

•intaddAndGet（inti， intdelta）：以原子方式将输入值与数组中索引 i 的元 素相加。 

•booleancompareAndSet（inti，intexpect，intupdate）：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 问题了。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booleanmark。 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（VinitialRef，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 publicvolatile 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。