java如何实现原子操作CAS
在Java中可以通过锁和循环CAS的方式来实现原子操作。
使用循环CAS实现原子操作
JVM中的CAS操作正是利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。自旋CAS实现的基本思路就是循环进行CAS操作直到成功为止。
CAS实现原子操作的三大问题
ABA问题，循环时间长开销大，以及只能保证一个共享变量的原子操作。
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。从 Java 1.5开始，JDK的Atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个 类的compareAndSet方法的作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前标志是 否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
public boolean compareAndSet(
V expectedReference, // 预期引用
V newReference, // 更新后的引用
int expectedStamp, // 预期标志
int newStamp // 更新后的标志 )
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。如
果JVM能支持处理器提供的pause指令，那么效率会有一定的提升。pause指令有两个作用：第 一，它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline），使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间 取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零；第二，它可以避免在退出循环的时候 因内存顺序冲突（Memory Order Violation）而引起CPU流水线被清空（CPU Pipeline Flush），从而 提高CPU的执行效率。
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Java 1.5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。
使用锁机制实现原子操作
锁机制保证了只有获得锁的线程才能够操作锁定的内存区域。JVM内部实现了很多种锁 机制，有偏向锁、轻量级锁和互斥锁。有意思的是除了偏向锁，JVM实现锁的方式都用了循环 CAS，即当一个线程想进入同步块的时候使用循环CAS的方式来获取锁，当它退出同步块的时 候使用循环CAS释放锁。
原子操作类
原子更新基本类型
- AtomicBoolean：原子更新布尔类
- AtomicInteger：原子更新整型。
- AtomicLong：原子更新长整型。
getAndIncrement是如何实现原子操作的呢？
public final int getAndIncrement() {
for (; ; ) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next)) return current;
}
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
源码中for循环体的第一步先取得AtomicInteger里存储的数值，第二步对AtomicInteger的当 前数值进行加1操作，关键的第三步调用compareAndSet方法来进行原子更新操作，该方法先检 查当前数值是否等于current，等于意味着AtomicInteger的值没有被其他线程修改过，则将 AtomicInteger的当前数值更新成next的值，如果不等compareAndSet方法会返回false，程序会进 入for循环重新进行compareAndSet操作。
原子更新数组
- AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。
- AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。
- AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。
- AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型
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。
原子更新引用类型
- AtomicReference：原子更新引用类型。
- AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。
- AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。
原子更新字段类
- 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。
- AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。
参考
《java并发编程的艺术》
