Java原子类

关于线程安全问题，有三种解决方法，其中原子类是一种无锁的非阻塞方法。

Java原子类本质上使用的是CAS，而CAS底层是通过Unsafe类来实现的。

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CAS

CAS指的是Compare and Swap，即比较并交换。这是CPU的一条原子指令，依靠硬件来实现。

CAS涉及了三个操作数：V（要更新的目标变量）、E（预期值）、N（准备写入的新值）。

原理：当且仅当V值为E时，CAS才会通过原子方式用N来更新V的值；如果前提不成立，则说明已有其他线程更新了V，但允许再次尝试。

CAS方式为乐观锁，synchronized为悲观锁。因此使用 CAS 解决并发问题通常情况下性能更优。

但是CAS（乐观锁）存在如下几个问题：

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，比如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进行检查时则会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

例如，场景是用链表来实现一个栈，初始化向栈中压入B、A两个元素，栈顶指向A元素。

在某个时刻，线程1试图将栈顶换成B，但它获取栈顶的oldValue（为A）后，被线程2中断了。线程2依次将A、B弹出，然后压入C、D、A。然后换线程1继续运行，线程1执行compareAndSet发现head指向的元素确实与oldValue一致，都是A，所以就将head指向B了。但是线程2在弹出B的时候，将B的next置为null了，因此在线程1将head指向B后，栈中只剩了一个元素B。

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。

循环时间长

CAS经常会用到自旋操作来进行重试，也就是失败后一直循环执行直到成功。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命令，使CPU不会消耗过多的执行资源；

第二，它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突而引起CPU流水线被清空，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

CAS只对单个共享变量有效，当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。

但是从 JDK 1.5 开始，提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，因此可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作