原子操作CAS

1.什么是原子操作

原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序不可以被打乱，也不可以被切割而只执行其中的一部分。将整个操作视作一个整体是原子性的核心特征。
例子：假定有两个操作 A 和 B，如果从执行 A 的线程来看，当另一个线程执行 B 时，
要么将 B 全部执行完，要么完全不执行 B，那么 A 和B 对彼此来说是原子的。

2.为什么需要使用CAS来实现原子操作

使用锁实现原子操作带来的问题：
2.1如果被阻塞的线程优先级很高很重要怎么办？
2.2如果获得锁的线程一直不释放锁怎么办？（这种情况是非常糟糕的）
2.3如果有大量的线程来竞争资源，那 CPU 将会花费大量的时间和资源来处 理这些竞争，同时，还有可能出现一些例如死锁之类的情况，
2.4其实锁机制是一种比较粗糙，粒度比较大的机制，相对于像计数器这样的需求有点儿过于笨 重。
使用CAS操作：实现原子操作还可以使用当前的处理器基本都支持 CAS()的指令，只不过每 个厂家所实现的算法并不一样，每一个 CAS 操作过程都包含三个运算符：一个内 存地址 V，一个期望的值 A 和一个新值 B，操作的时候如果这个地址上存放的值 等于这个期望的值 A，则将地址上的值赋为新值 B，否则不做任何操作。

3.CAS的实现原理

CAS 的基本思路就是，如果这个地址上的值和期望的值相等，则给其赋予新 值，否则不做任何事儿，但是要返回原值是多少。循环 CAS 就是在一个循环里不 断的做 cas 操作，直到成功为止。

4.实现原子操作的三大问题

4.1 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，每次变量 更新的时候把版本号加 1，那么 A→B→A 就会变成 1A→2B→3A。举个通俗点的 例子，你倒了一杯水放桌子上，干了点别的事，然后同事把你水喝了又给你重新 倒了一杯水，你回来看水还在，拿起来就喝，如果你不管水中间被人喝过，只关 心水还在，这就是 ABA 问题。
如果你是一个讲卫生讲文明的小伙子，不但关心水在不在，还要在你离开的 时候水被人动过没有，因为你是程序员，所以就想起了放了张纸在旁边，写上初 始值 0，别人喝水前麻烦先做个累加才能喝水。

4.2 循环时间长，开销大：自旋CAS 如果长时间不成功，会给CPU 带来非常大的执行开销。

4.3 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。
还有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比 如，有两个共享变量i＝2，j=a，合并一下ij=2a，然后用CAS 来操作ij。从Java 1.5 开始，JDK 提供了AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，就可以把 多个变量放在一个对象里来进行CAS 操作。

5.JDK中原子操作类的使用

AtomicInteger
•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。
•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设置为输入的值。
•int getAndIncrement()：以原子方式将当前值加 1，注意，这里返回的是自
增前的值。
•int getAndSet（int newValue）：以原子方式设置为 newValue 的值，并返回
旧值。

AtomicIntegerArray
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。
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。

AtomicReference
原子更新引用类型。

AtomicStampedReference （解决ABA问题）
利用版本戳的形式记录了每次改变以后的版本号，这样的话就不会存在 ABA
问题了。这就是 AtomicStampedReference 的解决方案。AtomicMarkableReference 跟 AtomicStampedReference 差不多，AtomicStampedReference 是使用 pair 的 int stamp 作为计数器使用，AtomicMarkableReference 的pair 使用的是boolean mark。
还是那个水的例子，AtomicStampedReference 可能关心的是动过几次， AtomicMarkableReference 关心的是有没有被人动过，方法都比较简单。

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，booleaninitialMark）。

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。
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。
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。
AtomicReferenceFieldUpdater：
原子更新引用类型里的字段。