一、摘要

在 Java 的java.util.concurrent包中，除了提供底層鎖、并發同步等工具類以外，還提供了一組原子操作類，大多以Atomic開頭，他們位于java.util.concurrent.atomic包下。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

所謂原子類操作，顧名思義，就是這個操作要么全部執行成功，要么全部執行失敗，是保證并發編程安全的重要一環。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

以AtomicInteger原子類為例，應用示例如下！RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class Demo {    /**     * 初始化一個原子操作類     */    private static AtomicInteger a = new AtomicInteger();    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        final int threads = 10;        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threads);        for (int i = 0; i < threads; i++) {            new Thread(new Runnable() {                @Override                public void run() {                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {                        // 采用原子性操作累加                        a.incrementAndGet();                    }                    countDownLatch.countDown();                }            }).start();        }        // 阻塞等待10個線程執行完畢        countDownLatch.await();        // 輸出結果值        System.out.println("結果值：" + a.get());    }}

輸出結果：RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

結果值：10000

相比通過synchronized和lock等方式實現的線程安全同步操作，原子類的實現機制則完全不同。它采用的是通過無鎖（lock-free）的方式來實現線程安全（thread-safe）訪問，底層原理主要基于CAS操作來實現。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

某些業務場景下，通過原子類來操作，既可以實現線程安全的要求，又可以實現高效的并發性能，同時編程方面更加簡單。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

二、什么是 CAS 操作呢？

CAS，全稱是：Compare and Swap，翻譯過來就是：比較并替換。它是實現并發算法時常用的一種技術，它包含三個操作數：內存位置、預期原值及新值。在執行CAS操作的時候，會將內存位置的值與預期原值比較，如果一致，會將該位置的值更新為新值；否則，不做任何操作。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們還是以AtomicInteger原子類為例，部分源碼內容如下：RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {    private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;    // 使用 Unsafe.compareAndSwapInt 方法進行 CAS 操作    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); }    }    // 變量使用 volatile 保證可見性    private volatile int value;    /**     * get 方法     */    public final int get() {        return value;    }    /**     * 原子性自增操作     */    public final int incrementAndGet() {        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;    }}

從源碼上可以清晰的看出，變量value使用了volatile關鍵字，保證數據可見性和程序的有序性；原子性自增操作incrementAndGet()方法，路由到Unsafe.getAndAddInt()方法上。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們繼續往下看Unsafe.getAndAddInt()這個方法，部分源碼內容如下：RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

public final class Unsafe {    public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {        int var5;        // 1.循環比較并替換，只有成功才返回        do {            // 2.調用底層方法得到 value 值            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);            // 3.通過var1和var2得到底層值，var5為當前值，如果底層值與當前值相同，則將值設為var5+var4        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));        // 4.如果替換成功，返回當前值        return var5;    }    /**     * CAS 核心方法，由其他語言實現，不再分析     */    public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);}

從以上的源碼可以清晰的看到，incrementAndGet()方法主要基于Unsafe.compareAndSwapInt方法來實現，同時進行了循環比較與替換的操作，只有替換成功才會返回，這個過程也被稱為自旋操作，確保程序執行成功，進一步保證了操作的原子性。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

其它的方法實現思路也類似。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果我們自己通過CAS編寫incrementAndGet()，大概長這樣：RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

public int incrementAndGet(AtomicInteger var) {    int prev, next;    do {        prev = var.get();        next = prev + 1;    } while ( !var.compareAndSet(prev, next));    return next;}

當并發數量比較低的時候，采用CAS這種方式可以實現更快的執行效率；當并發數量比較高的時候，因為存在循環比較與替換的邏輯，如果長時間循環，可能會更加消耗 CPU 資源，此時采用synchronized或Lock來實現線程同步，可能會更有優勢。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

三、ABA問題

從上文的分析中，我們知道 CAS 在操作的時候會檢查預期原值是否發生變化，當預期原值沒有發生變化才會更新值。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

在實際業務中，可能會出現這么一個現象：線程 t1 正嘗試將共享變量的值 A 進行修改，但還沒修改；此時另一個線程 t2 獲取到 CPU 時間片，將共享變量的值 A 修改成 B，然后又修改為 A，此時線程 t1 檢查發現共享變量的值沒有發生變化，就會主動去更新值，導致出現了錯誤更新，但是實際上原始值在這個過程中發生了好幾次變化。這個現象我們稱它為 ABA 問題。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

ABA 問題的解決思路就是使用版本號，在變量前面追加上版本號，每次變量更新的時候把版本號加 1，原來的A-B-A就會變成1A-2B-3A。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

在java.util.concurrent.atomic包下提供了AtomicStampedReference類，它支持指定版本號來更新，可以通過它來解決 ABA 問題。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

在AtomicStampedReference類的compareAndSet()方法中，會檢查當前引用是否等于預期引用，并且當前版本號是否等于預期版本號，如果全部相等，則以原子方式將該引用的值設置為給定的更新值，同時更新版本號。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

具體示例如下：RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

// 初始化一個帶版本號的原子操作類，原始值：a，原始版本號：1AtomicStampedReference<String> reference = new AtomicStampedReference<>("a", 1);// 將a更為b，同時將版本號加1，第一個參數：預期原值；第二個參數：更新后的新值；第三個參數：預期原版本號；第四個參數：更新后的版本號boolean result1 = reference.compareAndSet("a", "b", reference.getStamp(), reference.getStamp() + 1);System.out.println("第一次更新：" + result1);// 將b更為a，因為預期原版本號不對，所以更新失敗boolean result2 = reference.compareAndSet("b", "a", 1, reference.getStamp());System.out.println("第二次更新：" + result2);

輸出結果：RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

第一次更新：true第二次更新：false

四、小結

本文主要以AtomicInteger的用法和原理為例，對 CAS 實現原理進行介紹，JUC包下的原子操作類非常的多，但是大體用法和原理基本相似，只是針對不同的數據類型做了細分處理。RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

希望本篇的知識總結，能幫助到大家！RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

五、參考

1.https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1252599548343744/1306581083881506RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

2.https://blog.csdn.net/zzti_erlie/article/details/123001758RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

3.https://juejin.cn/post/7057032581165875231RBM28資訊網——每日最新資訊28at.com

本文鏈接：http://www.www897cc.com/showinfo-26-92468-0.html三分鐘帶你秒懂CAS實現機制

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