在Java中什么是原子操作_Java原子性实现原理与示例讲解-java教程-PHP中文网

在Java中什么是原子操作_Java原子性实现原理与示例讲解

P粉602998670

发布： 2025-12-09 08:33:07

原创

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原子操作是不可分割的最小执行单元，如i++非原子而AtomicInteger的incrementAndGet()基于CAS实现原子性；volatile仅保证可见性与有序性，不保证复合操作原子性。

在java中什么是原子操作_java原子性实现原理与示例讲解

原子操作在Java中指的是**不可分割、不会被线程调度机制中断的最小执行单元**。一个典型的例子是 i++ 看似简单，实则包含“读取—修改—写入”三步，多线程下可能交错执行，导致结果错误（如两个线程都读到 i=1，各自加1后都写回 2，最终丢失一次更新）。而原子操作能确保这整个过程要么全部完成，要么完全不发生——没有中间态，也没有竞态干扰。

原子性为什么不能靠volatile解决

volatile 能保证变量的**可见性**和**禁止指令重排序**，但它不保证复合操作的原子性。比如：

volatile int i = 0;
i++; // 仍是非原子的——读、加、写三步仍可被其他线程穿插

所以，仅用 volatile 无法解决 i++ 类问题，必须借助真正支持原子读-改-写的机制。

CAS是Java原子操作的核心底层机制

Java 的 java.util.concurrent.atomic 包（如 AtomicInteger）不是靠锁，而是基于 CPU 提供的硬件指令实现的，其中最关键的是 CAS（Compare-And-Swap）：

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CAS 是一条由 CPU 直接支持的原子指令（x86 上为 cmpxchg），它一次性完成：比较内存值是否等于预期值，若相等则更新为新值，否则失败返回
JVM 通过 sun.misc.Unsafe（JDK9+ 后推荐用 VarHandle）调用该指令
像 incrementAndGet() 这类方法，内部是循环尝试 CAS，直到成功为止（即“自旋”）

Java原子类怎么用：一个可靠计数器示例

下面这段代码能稳定输出 5000，无论并发多少次：

AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
for (int i = 0; i
count.incrementAndGet();
}
System.out.println(count.get()); // 总是 5000

关键点：

value 字段被声明为 volatile，保障每次读取都是最新值
incrementAndGet() 底层调用 getAndAddInt()，后者用死循环 + CAS 实现无锁递增
失败时不会阻塞，而是立即重试，避免了锁的挂起开销

要注意的两个典型缺陷

CAS 并非万能，实际使用中需留意：

ABA 问题：变量从 A → B → A，CAS 检查时发现仍是 A，就误认为没被修改过。解决方案是引入版本号，例如 AtomicStampedReference
高竞争下的自旋开销：大量线程反复 CAS 失败，会空转消耗 CPU。这时可换用 LongAdder（分段累加，降低单点竞争）

基本上就这些。

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