Java 中如何利用 CAS 实现原子操作？以AtomicInteger 为例
在 Java 中，
AtomicInteger是基于 CAS（Compare-and-Swap，比较并交换）机制实现原子操作的典型案例。它通过sun.misc.Unsafe类提供的 native 方法直接操作内存地址，确保多线程环境下对整数的修改具有原子性。以下是其实现原理的详细分析：
一、核心字段与 Unsafe 依赖
AtomicInteger的核心是通过Unsafe类操作一个volatile int变量，保证可见性和原子性：
volatile int value：存储整数的实际值，volatile确保一个线程修改后，其他线程能立即看到最新值（可见性）。Unsafe类：Java 提供的 “后门” 工具类，可直接操作内存地址，支持 CAS 等底层操作。valueOffset：value字段在对象内存中的偏移量，Unsafe通过它定位到具体内存地址。
二、AtomicInteger 常用方法
1. public final int get() //获取当前的值
2. public final int getAndSet(int newValue) //获取当前的值，并设置新的值
3. public final int getAndIncrement() //获取当前的值，并自增
4. public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减
5. public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值
6. boolean compareAndSet(int expect, int update) //如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该 值更新为输入值（update）
三、CAS 操作的核心实现：compareAndSet方法
AtomicInteger的所有原子操作（如自增、累加）最终都依赖compareAndSet方法，该方法通过Unsafe的compareAndSwapInt实现 CAS：源码如下：
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);}参数说明：
this：当前AtomicInteger对象。
valueOffset：value字段的内存偏移量。
expect：预期的当前值。
update：要更新的新值。底层逻辑：
原子性地检查value字段的当前值是否等于expect：
若等于，则将其更新为update，返回true。
若不等于，则不做修改，返回false。
整个过程由 CPU 指令保证原子性，无需加锁。四、典型原子操作的实现：
AtomicInteger的其他方法（如自减、累加）均采用类似 “循环 + CAS” 的模式：
decrementAndGet（自减并返回新值）：
addAndGet（累加并返回新值）：
五、CAS 机制的优势与局限
优势：
- 无锁开销：无需
synchronized或锁机制，避免线程阻塞和上下文切换，性能更优（尤其低并发场景）。 - 硬件级原子性：依赖 CPU 的 CAS 指令（如 x86 的
cmpxchg），操作具有天然原子性。
局限：
- ABA 问题：如前所述，值从 A→B→A 时，CAS 会误判为未修改（可通过
AtomicStampedReference解决）。 - 自旋开销：高并发下 CAS 失败率高，线程会频繁自旋重试，消耗 CPU 资源。
- 只能保证单个变量的原子性：无法直接实现多个变量的复合原子操作。
总结：
AtomicInteger通过以下方式实现原子操作：
- 用
volatile int value存储值，保证可见性。- 依赖
Unsafe类的compareAndSwapInt方法，直接操作内存地址实现 CAS。- 所有原子操作（自增、自减等）通过 “循环 + CAS” 模式，确保操作失败时重试，直到成功。