在Java中可以通过锁和循环CAS的方式来实现原子操作。

一 使用CAS实现原子操作

JVM中的CAS操作利用处理器提供的CMPXCHG来实现。自旋CAS实现的基本思路就是循环进行CAS操作直到成功为止。

以下通过CAS实现线程安全计数器。

eg：

package com.lanhuigu.thread.cas;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * CAS实现原子操作
 */
public class Counter {
    private AtomicInteger atomicI = new AtomicInteger(0);
    private int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        final Counter cas = new Counter();
        List<Thread> ts = new ArrayList<>();
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            Thread t = new Thread(() -> {
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    cas.count();
                    cas.safeCount();
                }
            });
            ts.add(t);
        }

        for (Thread t : ts) {
            t.start();
        }

        // 等待所有线程执行完成
        for (Thread t : ts) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(cas.i);
            System.out.println(cas.atomicI.get());
            System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
        }
    }

    /**
     * 使用CAS实现线程安全计数器
     */
    private void safeCount() {
        for (;;) {
            int i = atomicI.get();
            boolean suc = atomicI.compareAndSet(i, ++i);
            if (suc) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 非线程安全计数器
     */
    private void count() {
        i++;
    }
}

二 CAS实现原子操作的三大问题

1、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，如果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进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却发生变化了。

ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次更新的时候把版本号加1，

那么A->B->A就会编程1A->2B->3A。从JDK1.5开始，Atomic原子包提供了AtomicStampedReference来解决ABA问题。

这个类的compareAndSet方法首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前标志是否等于预期标志，

如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。

AtomicStampedReference.compareAndSet()源码：

public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                             V   newReference,
                             int expectedStamp,
                             int newStamp) {
    Pair<V> current = pair;
    return
        expectedReference == current.reference &&
        expectedStamp == current.stamp &&
        ((newReference == current.reference &&
          newStamp == current.stamp) ||
         casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
}

private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val) {
    return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, pairOffset, cmp, val);
}

public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);

2、循环时间长开销大

自旋CAS如果长时间不会成功，会给CPU带来非常大的执行开销。

3、只能保证一个共享变量的原子操作

    当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，

循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。

三 使用锁机制实现原子操作

    锁机制保证了只有获得锁的线程才能够操作锁定的内存区域。JVM内部实现了很多锁机制，有偏向锁、

轻量级锁和互斥锁。在JVM内部锁实现方式除了偏向锁，其余均使用了循环CAS，即当一个线程想进入

同步快的时候使用循环CAS的方式来获取锁，当它退出同步块的时候使用了循环CAS释放锁。