一、概述
当程序更新一个变量时，如果多线程同时更新这个变量，可能得到期望之外的值，比如变 量i=1，A线程更新i+1，B线程也更新i+1，经过两个线程操作之后可能i不等于3，而是等于2。因 为A和B线程在更新变量i的时候拿到的i都是1，这就是线程不安全的更新操作，通常我们会使 用synchronized来解决这个问题，synchronized会保证多线程不会同时更新变量i。
而Java从JDK 1.5开始提供了java.util.concurrent.atomic包（以下简称Atomic包），这个包中 的原子操作类提供了一种用法简单、性能高效、线程安全地更新一个变量的方式。 因为变量的类型有很多种，所以在Atomic包里一共提供了13个类，属于4种类型的原子更 新方式，分别是原子更新基本类型、原子更新数组、原子更新引用和原子更新属性（字段）。
二、原子更新基本类型
使用原子的方式更新基本类型，Atomic包提供了以下3个类。
AtomicBoolean：原子更新布尔类型。
AtomicInteger：原子更新整型。
AtomicLong：原子更新长整型。
以上3个类提供的方法几乎一模一样，所以本节仅以AtomicInteger为例进行讲解， AtomicInteger的常用方法如下
int addAndGet(int delta)：以原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的 value）相加，并返回结果。int incrementAndGet():以原子方式将当前值加1b并返回旧值，注意，这里返回的是自增前的值int get():获取当前值int compareAndSet(int expect, int update)：用CAS方式设置：，如果输入的数值等于预期值，则以原子方 式将该值设置为输入的值。- void lazySet（int newValue）：最终会设置成newValue，使用lazySet设置值后，可能导致其他 线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值
那么getAndIncrement是如何实现原子操作的呢？让我们一起分析其实现原理， getAndIncrement的源码如代码
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。
Atomic包提供了3种基本类型的原子更新，但是Java的基本类型里还有char、float和double 等。那么问题来了，如何原子的更新其他的基本类型呢？Atomic包里的类基本都是使用Unsafe 实现的，让我们一起看一下Unsafe的源码
/** * 如果当前数值是expected，则原子的将Java变量更新成x * @return 如果更新成功则返回true */ public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset, Object expected, Object x); public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x); public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset, long expected, long x);
通过代码，我们发现Unsafe只提供了3种CAS方法：
compareAndSwapObject、compareAndSwapInt和compareAndSwapLong，再看AtomicBoolean源码，发现它是先把Boolean转换成整 型，再使用compareAndSwapInt进行CAS，所以原子更新char、float和double变量也可以用类似 的思路来实现
Atomic类是通过无锁（lock-free）的方式实现的线程安全（thread-safe）访问。它的主要原理是利用了CAS：Compare and Set。
如果我们自己通过CAS编写incrementAndGet()，它大概长这样：
public int incrementAndGet(AtomicInteger var) { int prev, next; do { prev = var.get(); next = prev + 1; } while ( ! var.compareAndSet(prev, next)); return next; }
CAS是指，在这个操作中，如果AtomicInteger的当前值是prev，那么就更新为next，返回true。如果AtomicInteger的当前值不是prev，就什么也不干，返回false。通过CAS操作并配合do ... while循环，即使其他线程修改了AtomicInteger的值，最终的结果也是正确的。
我们利用AtomicLong可以编写一个多线程安全的全局唯一ID生成器：
class IdGenerator { AtomicLong var = new AtomicLong(0); public long getNextId() { return var.incrementAndGet(); } }
通常情况下，我们并不需要直接用do ... while循环调用compareAndSet实现复杂的并发操作，而是用incrementAndGet()这样的封装好的方法，因此，使用起来非常简单。
在高度竞争的情况下，还可以使用Java 8提供的LongAdder和LongAccumulator。
三、原子更新数组
通过原子的方式更新数组里的某个元素，Atomic包提供了以下4个类。
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，其常用方法如下。
- int addAndGet（int i，int delta）：以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。
- boolean compareAndSet（int i，int expect，int update）：如果当前值等于预期值，则以原子 方式将数组位置i的元素设置成update值。
以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AtomicIntegerArray为例进行讲解
public class Test { static int[] value = new int[] { 1,2 }; static AtomicIntegerArray ai = new AtomicIntegerArray(value); public static void main(String[] args) { ai.getAndSet(0,3); System.out.println(ai.get(0)); System.out.println(value[0]); } }
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
四、原子更新引用类型
原子更新基本类型的AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子更新多个变量，就需 要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic包提供了以下3个类。
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。可以原子更新一个布尔类 型的标记位和引用类型。构造方法是AtomicMarkableReference（V initialRef，boolean initialMark）。
以上几个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AtomicReference为例进行讲解， AtomicReference的使用示例代码
public class AtomicReferenceTest { public static AtomicReference<user> atomicUserRef = new AtomicReference<user>(); public static void main(String[] args) { User user = new User("conan", 15); atomicUserRef.set(user); User updateUser = new User("Shinichi", 17); atomicUserRef.compareAndSet(user, updateUser); System.out.println(atomicUserRef.get().getName()); System.out.println(atomicUserRef.get().getOld()); } static class User { private String name; private int old; public User(String name,int old) { this.name = name; this.old = old; } public String getName() { return name; } public int getOld() { return old; } } }
代码中首先构建一个user对象，然后把user对象设置进AtomicReferenc中，最后调用 compareAndSet方法进行原子更新操作，实现原理同AtomicInteger里的compareAndSet方法
代码输出
Shinichi 17
五、原子更新字段类
如果需原子地更新某个类里的某个字段时，就需要使用原子更新字段类，Atomic包提供 了以下3个类进行原子字段更新。
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。该类将整数值与引用关联起 来，可用于原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用CAS进行原子更新时可能出现的 ABA问题。 要想原子地更新字段类需要两步。
第一步，因为原子更新字段类都是抽象类，每次使用的 时候必须使用静态方法newUpdater()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性。
第 二步，更新类的字段（属性）必须使用public volatile修饰符。
以上3个类提供的方法几乎一样，所以本节仅以AstomicIntegerFieldUpdater为例进行讲解， AstomicIntegerFieldUpdater的示例代码
public class AtomicIntegerFieldUpdaterTest { // 创建原子更新器，并设置需要更新的对象类和对象的属性 private static AtomicIntegerFieldUpdater<User> a = AtomicIntegerFieldUpdater. newUpdater(User.class,"old"); public static void main(String[] args) { // 设置柯南的年龄是10岁 User conan = new User("conan",10); // 柯南长了一岁，但是仍然会输出旧的年龄 System.out.println(a.getAndIncrement(conan)); // 输出柯南现在的年龄 System.out.println(a.get(conan)); } public static class User { private String name; public volatile int old; public User(String name, int old) { this.name = name; this.old = old; } public String getName() { return name; } public int getOld() { return old; } } }
//输出
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