Java -- 每日一问：AtomicInteger底层实现原理是什么？如何在自己的产品代码中应用CAS操作？

Posted 2022-12-04 Kevin-Dev

经典回答

AtomicIntger 是对 int 类型的一个封装，提供原子性的访问和更新操作，其原子性操作的实现是基于 CAS（compare-and-swap）技术。

所谓 CAS，表征的是一系列操作的集合，获取当前数值，进行一些运算，利用 CAS 指令试图进行更新。如果当前数值未变，代表没有其他线程进行并发修改，则成功更新。否则，可能出现不同的选择，要么进行重试，要么就返回一个成功或者失败的结果。

从 AtomicInteger 的内部属性可以看出，它依赖于 Unsafe 提供的一些底层能力，进行底层操作；以 volatile 的 value 字段，记录数值，以保证可见性。

private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();
private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");
private volatile int value;

具体的原子操作细节，可以参考任意一个原子更新方法，比如下面的 getAndIncrement。

Unsafe 会利用 value 字段的内存地址偏移，直接完成操作。

public final int getAndIncrement()  
    return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);

因为 getAndIncrement 需要返归数值，所以需要添加失败重试逻辑。

public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) 
     int v; 
    do  
        v = getIntVolatile(o, offset);
      while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta)); 
    return v;

而类似 compareAndSet 这种返回 boolean 类型的函数，因为其返回值表现的就是成功与否，所以不需要重试。

public final boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue)

CAS 是 Java 并发中所谓 lock-free 机制的基础。

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