一、引入
原子是世界上的最小單位，具有不可分割性。比如 a=0；（a非long和double類型） 這個操作是不可分割的，那么我們說這個操作是原子操作。再比如：a++；
這個操作實際是a = a + 1；是可分割的，所以他不是一個原子操作。非原子操作都會存在線程安全問題，需要我們使用同步技術（sychronized）來讓它變成一
個原子操作。
但是，像i++這種非原子操作，我們除了使用synchroinzed關鍵字實現同步外，還可以使用java.util.concurrent.atomic提供的線程安全的原子類來實現，例如
AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。下面我們就基於AtomicInteger為例，來看看其內部實現。
二、AtomicInteger的內部實現
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;
// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
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;
這段代碼我們需要注意一下幾個方面：
（1）unsafe字段，AtomicInteger包含了一個Unsafe類的實例，unsafe就是用來實現CAS機制的，CAS機制我們在后面會講到；
（2）value字段，表示當前對象代碼的基本類型的值，AtomicInteger是int型的線程安全包裝類，value就代碼了AtomicInteger的值。注意，這個字段是volatile的。
（3）valueOfset，指是value在內存中的偏移量，也就是在內存中的地址，通過Unsafe.objectFieldOffset(Field f)獲取。這個值在使用CAS機制的時候會用到。
下面我們來看一個AtomicInteger類中的主要方法getAndIncrement()，也就相當於i++操作，只不過它是線程安全的，其實現代碼如下：
public final int getAndIncrement() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return current;
}
}
這個方法的做法為先獲取到當前的 value 屬性值，然后將 value 加 1，賦值給一個局部的 next 變量，然而，這兩步都是非線程安全的，但是內部有一個死循環，
不斷去做compareAndSet操作，直到成功為止，也就是修改的根本在compareAndSet方法里面。compareAndSet()方法的代碼如下：
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
compareAndSet 傳入的為執行方法時獲取到的 value 屬性值，update為加 1 后的值， compareAndSet所做的為調用 Sun 的 UnSafe 的 compareAndSwapInt
方法來完成，此方法為 native 方法，compareAndSwapInt 基於的是CPU 的 CAS指令來實現的。下面我們將詳細的來介紹一下CAS的實現原理。
三、CAS機制
CAS是英文單詞Compare And Swap的縮寫，翻譯過來就是比較並替換。CAS機制當中使用了3個基本操作數：
（1）內存地址V，也就是AtomicInteger中的valueOffset。
（2）舊的預期值A，也就是getAndIncrement方法中的current。
（3）要修改的新值B，也就是getAndIncrement方法中的next。
CAS機制中，更新一個變量的時候，只有當變量的預期值A和內存地址V當中的實際值相同時，才會將內存地址V對應的值修改為B。下面我們來看一個具體的例子：
（1）在內存地址V當中，存儲着值為10的變量。
（2）此時線程1想要把變量的值增加1。對線程1來說，舊的預期值A=10，要修改的新值B=11。
（3）但是，在線程1要提交更新之前，另一個線程2搶先一步，把內存地址V中的變量值率先更新成了11。
（4）此時，線程1開始提交更新，首先進行A和地址V的實際值比較（Compare），發現A不等於V的實際值，提交失敗。
（5）線程1重新獲取內存地址V的當前值，並重新計算想要修改的新值。此時對線程1來說，A=11，B=12。這個重新嘗試的過程被稱為自旋。
（6）這一次比較幸運，沒有其他線程改變地址V的值。線程1進行Compare，發現A和地址V的實際值是相等的。
（7）線程1進行替換，把地址V的值替換為B，也就是12。
對比Synchronized，我們可以發現，Synchronized屬於悲觀鎖，悲觀地認為程序中的並發情況嚴重，所以嚴防死守。CAS屬於樂觀鎖，樂觀地認為程序中的並發情況不那么
嚴重，所以讓線程不斷去嘗試更新。
但是CAS機制通常也存在以下缺點：
（1）ABA問題
如果V的初始值是A，在准備賦值的時候檢查到它仍然是A，那么能說它沒有改變過嗎？也許V經歷了這樣一個過程：它先變成了B，又變成了A，使用CAS檢查時
以為它沒變，其實卻已經改變過了。
（2）CPU開銷較大
在並發量比較高的情況下，如果許多線程反復嘗試更新某一個變量，卻又一直更新不成功，循環往復，會給CPU帶來很大的壓力。
（3）不能保證代碼塊的原子性
CAS機制所保證的只是一個變量的原子性操作，而不能保證整個代碼塊的原子性。比如需要保證3個變量共同進行原子性的更新，就不得不使用Synchronized了。