Atomic类通过CAS操作和volatile关键字实现线程安全,利用Unsafe类提供底层支持,结合CAS的原子性与volatile的可见性,避免锁机制开销,适合低竞争场景,但存在ABA问题,可通过AtomicStampedReference解决。

Atomic 类的原理主要依赖于 CAS(Compare-And-Swap) 操作和 volatile 关键字来实现线程安全的原子操作,而无需使用传统的锁机制。
CAS 操作
CAS 是原子类的核心,它是一种无锁的原子操作,由 CPU 提供硬件支持。CAS 包含三个操作数:
- 内存位置(V):要修改的变量在内存中的地址
- 旧的预期值(A):当前线程认为该变量应该具有的值
- 新值(B):要写入的新值
CAS 会判断该内存位置的值是否等于预期值 A,如果相等,则将内存值更新为 B,并返回 true;否则不更新,返回 false。这个过程是原子的,不会被中断。
例如,在 AtomicInteger 中调用 incrementAndGet() 方法时,底层会不断尝试 CAS 操作,直到成功为止(自旋)。
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volatile 的作用
Atomic 类中的变量通常使用 volatile 修饰,比如 AtomicInteger 内部的 value 是 volatile 的。这保证了两点:
- 变量的修改对所有线程立即可见(内存可见性)
- 禁止指令重排序,确保操作顺序一致
结合 CAS,volatile 确保了一个线程修改值后,其他线程能立刻看到最新值,并在下一次 CAS 中基于最新值进行比较。
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Unsafe 类与底层实现
Java 的 Atomic 类底层依赖于 sun.misc.Unsafe 类,它提供了直接操作内存、执行 CAS 等底层能力。比如:
compareAndSwapInt()、compareAndSwapLong() 等方法就是 Unsafe 提供的 CAS 操作。虽然 Unsafe 不建议开发者直接使用,但 Atomic 包封装了这些危险操作,提供了安全易用的接口。
ABA 问题与解决
在 CAS 中存在 ABA 问题:一个值原来是 A,被改成 B,又改回 A。CAS 会误以为它从未被修改过。
为解决这个问题,Java 提供了 AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference,通过引入版本号或标记位来区分是否真正发生变化。
基本上就这些。Atomic 的高效在于避免了 synchronized 带来的线程阻塞和上下文切换,适合简单共享变量的并发场景。不过在高竞争环境下,CAS 可能导致自旋次数过多,反而影响性能。









