Java中的原子类（如`AtomicInteger`）通过底层使用CAS（Compare-And-Swap，即比较并交换）操作来实现线程安全。CAS操作是原子操作，它包含三个参数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。这是硬件级别的支持，因此在执行时不会被线程调度机制中断。 ### 原子类实现线程安全的关键点： 1. **CAS操作**： - `AtomicInteger`内部使用`volatile int`变量来存储当前值，确保所有线程都能看到最新的值。 - 使用CAS操作来更新这个值。例如，在`AtomicInteger`的`incrementAndGet()`方法中，CAS操作会尝试将当前值增加1。如果在此期间没有其他线程修改过这个值，则操作成功；如果有其他线程修改了值，则CAS操作失败，当前线程会重新尝试，直到成功为止。 2. **自旋锁**： - 当CAS操作失败时，原子类内部会进行重试，这个过程称为自旋锁。自旋锁避免了线程在CPU之间的切换开销，因为它让线程保持活动状态，等待锁被释放。 - 然而，自旋锁在锁持有时间较长的情况下可能会浪费CPU资源，因为线程会持续进行无用的循环检查。 3. **无锁编程**： - 原子类实现了无锁编程（Lock-Free Programming），这意味着它们不使用传统的锁（如`synchronized`关键字或`Lock`接口）来同步对共享资源的访问。 - 无锁编程通常基于乐观并发策略，即假设冲突不会经常发生，从而减少了锁的开销。 ### 示例代码： ```java AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0); // 线程安全地增加 int newValue = atomicInteger.incrementAndGet(); // 原子地更新，只有当当前值等于expected值时 boolean updated = atomicInteger.compareAndSet(expectedValue, newValue); ``` ### 总结： Java中的原子类通过CAS操作、自旋锁和无锁编程技术来实现线程安全。这些类提供了比传统锁更高的并发级别，并且减少了线程切换的开销，但也可能在高冲突情况下导致CPU资源的浪费。在设计高并发系统时，合理使用原子类可以帮助开发者编写出既高效又安全的并发代码。