在JDK 5之后，Java类库中才开始使用CAS操作，该操作由sun.misc.Unsafe类里面的 compareAndSwapInt()和compareAndSwapLong()等几个方法包装提供。HotSpot虚拟机在内部对这些方法做了特殊处理，即时编译出来的结果就是一条平台相关的处理器CAS指令，没有方法调用的过程， 或者可以认为是无条件内联进去了。不过由于Unsafe类在设计上就不是提供给用户程序调用的类（Unsafe::getUnsafe()的代码中限制了只有启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载的Class才能访问它），因此在JDK 9之前只有Java类库可以使用CAS，譬如J.U.C包里面的整数原子类，其中的 compareAndSet()和getAndIncrement()等方法都使用了Unsafe类的CAS操作来实现。而如果用户程序也有用CAS操作的需求，那要么就采用反射手段突破Unsafe的访问限制，要么就只能通过Java类库API来间接使用它。直到JDK 9之后，Java类库才在VarHandle类里开放了面向用户程序使用的CAS操作。

Unsafe 实现 CAS

核心 API

1. compareAndSwapObject

2. compareAndSwapInt

3. compareAndSwapInt

原子变量提供的原子性来自CAS操作，CAS来自Unsafe，然后由CPU的 cmpxchg 指令来保证。

Atomic 工具包

Atomic 工具类分为一下几类

• 普通原子类型：提供对boolean、int、long和对象的原子性操作。

• AtomicBoolean
• AtomicInteger
• AtomicLong
• AtomicReference

• 原子类型数组：提供对数组元素的原子性操作。

• AtomicLongArray
• AtomicIntegerArray
• AtomicReferenceArray

• 原子类型字段更新器：提供对指定对象的指定字段进行原子性操作。

• AtomicLongFieldUpdater
• AtomicIntegerFieldUpdater
• AtomicReferenceFieldUpdater

• 带版本号的原子引用类型：以版本戳的方式解决原子类型的ABA问题。

• AtomicStampedReference
• AtomicMarkableReference

• 原子累加器(JDK1.8)：AtomicLong和AtomicDouble的升级类型，专门用于数据统计，性能更高。

• DoubleAccumulator
• DoubleAdder
• LongAccumulator
• LongAdder

使用案例

多线程累加

下面是创建 1000 个线程分别对 total 进行累加，由于没有对 total 做任何线程安全操作所以我们打印的结果一定是小于或者等于 1000000

public class AtomicTest {
    public static int total = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(1000);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    total++;
                }
                downLatch.countDown();
            }).start();
        }
        downLatch.await();
        System.out.println(total);
    }
}
// 结果输出
// 999843

通过 AtomicInteger 实现

我们可以通过 integer 的原子类，AtomicInteger 类来进行自增操作，然后调用 getAndIncrement() 方法，保证每次都是原子操作。最终的结果输出：1000000。

public class AtomicTest2 {
    public static AtomicInteger total = new AtomicInteger(0);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(1000);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    total.getAndIncrement();
                }
                downLatch.countDown();
            }).start();
        }
        downLatch.await();
        System.out.println(total.get());
    }
}
// 结果输出
// 1000000

再来看看 getAndIncrement 方法它主要是做了哪些操作呢 ？

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
// 然后调用 unsafe 类的本地方法
// unsafe.getAndAddInt 方法
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    return var5;
}