Java原子操作类

什么是原子操作？

原子操作（Atomic Operation），意为”不可被中断的一个或一系列操作”。

• 处理器使用基于对缓存加锁或总线加锁的方式，来实现多处理器之间的原子操作。
• 在 Java 中，可以通过锁和循环 CAS 的方式来实现原子操作。CAS操作 —— Compare & Set ，或是 Compare & Swap ，现在几乎所有的 CPU 指令都支持 CAS 的原子操作。

原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段。

• int++ 并不是一个原子操作，所以当一个线程读取它的值并加 1 时，另外一个线程有可能会读到之前的值，这就会引发错误。
• 为了解决这个问题，必须保证增加操作是原子的，在 JDK5 之前我们可以使用同步技术来做到这一点。到 JDK5 后，java.util.concurrent.atomic 包提供了 int 和 long 类型的原子包装类，它们可以自动的保证对于他们的操作是原子的并且不需要使用同步。

java.util.concurrent 这个包里面提供了一组原子类。其基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性，即当某个线程进入方法，执行其中的指令时，不会被其他线程打断，而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由 JVM 从等待队列中选择一个另一个线程进入，这只是一种逻辑上的理解。

• 原子类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference 。
• 原子数组：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray 。
• 原子属性更新器：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater 。
• 解决 ABA 问题的原子类：AtomicMarkableReference（通过引入一个boolean 来反映中间有没有变过），AtomicStampedReference（通过引入一个 int 来累加来反映中间有没有变过）。

关于 CAS 的内容，建议胖友在看看 《【死磕 Java 并发】—- 深入分析 CAS》 。

CAS 操作有什么缺点？

1）ABA 问题

比如说一个线程 one 从内存位置 V 中取出 A ，这时候另一个线程 two 也从内存中取出 A ，并且 two 进行了一些操作变成了 B ，然后 two 又将 V 位置的数据变成 A ，这时候线程 one 进行 CAS 操作发现内存中仍然是 A ，然后 one 操作成功。尽管线程 one 的 CAS 操作成功，但可能存在潜藏的问题。

从 Java5 开始 JDK 的 atomic包里提供了一个类 AtomicStampedReference 来解决 ABA 问题。

2）循环时间长开销大

对于资源竞争严重（线程冲突严重）的情况，CAS 自旋的概率会比较大，从而浪费更多的 CPU 资源，效率低于 synchronized 。

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。