本篇文章我们以AtomicInteger为例子，主要讲解下CAS（Compare And Swap）功能是如何在AtomicInteger中使用的，以及提供CAS功能的Unsafe对象。

我们先从一个例子开始吧。假设现在我们要实现多线程应用中的int值自增（单个应用范围），应该怎么做呢？

我们可能首先想到的是利用synchronized关键字，大概的代码如下：

private static volatile int value;

public static void main(String[] args) {
        Runnable run = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    increaseBySync();
                }
            }
        };
        
        Thread t1 = new Thread(run);
        Thread t2 = new Thread(run);
        t1.start();
        t2.start();
        
        while (Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(value);
}

private static synchronized int increaseBySync() {
        return value++;
}

上面的例子有两个线程同时对value变量做自增操作，通过对increaseBySync方法加synchronized锁实现了线程安全的int值自增。

synchronized性能问题

当多个线程访问某个syncronized方法或者代码块的时候，线程间的切换和其他线程等待的时间间隔（取决于OS实现，存在不确定性），由此带来的性能损耗是比较大的。从JDK5开始，我们可以借助于
java.util.concurrent.atomic包所提供的一些工具类，来实现上述的功能，AtomicInteger就是其中的一个类，它使用了CPU级别的CAS功能，利用它我们可以写出更高效的代码。

private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) {
        Runnable run = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    atomicInteger.incrementAndGet();
                }
            }
        };
        
        Thread t1 = new Thread(run);
        Thread t2 = new Thread(run);
        t1.start();
        t2.start();
        
        while (Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(atomicInteger.get());
}

上面的代码同样能达到多线程自增的效果，但是更高效。

AtomicInteger源码分析

下面我们来看下AtomicInteger内部是如何实现的呢。

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;

static {
  try {
    valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
    (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
  } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

private volatile int value;

首先它有一个用volatile修饰的int变量value，volatile这里主要是保证对value值的更新对每个线程的可见性，关于volatile的介绍可以参考文章末的链接。

这里比较关键的是Unsafe类型的对象。通过它的名字JDK开发者想告诉我们它是不安全的，但是它又提供了一些JVM无法提供的功能，例如CAS就是其中一个。

CAS

下面是AtomicInteger类中的一个方法，它通过Unsafe对象调用了CAS功能。CAS是目前几乎所有CPU都提供的一个功能，而且是原子操作，借助它可以实现很多高效的功能。

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

其他atomic工具类

java.util.concurrent.atomic包下面Atomic开头的类都是基于CAS实现的，大家有兴趣可以看看源码，如果理解了上面所说的，其他的都很类似。

• AtomicBoolean
• AtomicIntegerArray
• AtomicLong
• AtomicReference
• 。。。

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Demo代码位置

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