Java多线程深入：CAS、Unsafe与原子类详解

Java多线程与并发深入研究(8/26)聚焦于Java并发工具包中的核心概念——JUC原子类、CAS和Unsafe。JUC（Java Util.concurrent）库提供了丰富的并发处理工具，其中CAS（Compare-And-Swap）机制是一种非阻塞的同步技术，它试图在不加锁的情况下完成数据的一致性操作。CAS底层依赖于平台级别的硬件支持，通常通过Unsafe类实现，因为这个类可以直接访问内存，提供原子级别的操作。 线程安全的实现方法多样，包括： 1. **互斥同步**：synchronized和ReentrantLock确保在某一时刻只有一个线程访问共享资源，其他线程必须等待。 2. **非阻塞同步**：CAS和各种Atomic类如AtomicInteger、AtomicLong等，它们使用无锁或少锁策略，提高并发性能，但可能需要程序员手动处理竞态条件。 3. **无同步方案**：栈封闭、ThreadLocal或编写可重入代码，避免全局状态竞争，适用于特定场景。 CAS（Compare-And-Swap）的核心原理是尝试在读取当前值后直接更新，如果目标位置的值未被其他线程修改，则更新成功；否则，失败并保持原值不变。AtomicInteger的实现就利用了CAS机制，确保在多线程环境下操作的原子性。 然而，CAS并非完美，它可能导致ABA问题，即A对象变为B，再变回A的过程，看似没有变化但实际上可能有变化。为了解决这个问题，Java提供了： 1. **AtomicStampedReference**：通过引入版本号，每次更新都会增加版本号，确保在ABA问题中能够识别到变化。它内部使用Pair结构存储元素值和版本号，确保数据的一致性。 2. **AtomicMarkableReference**：类似AtomicStampedReference，但标记信息更简洁，用于检测对象是否被移动过。 Unsafe类则是JVM底层的内存管理工具，它允许直接操作内存，提供了更底层的并发控制手段，但也意味着更高的风险和复杂性，需要谨慎使用。 Java原子类包括13个类别，大致分为以下四组： - **基础原子类型**：如AtomicInteger、AtomicLong等，提供基本数据类型的原子操作，适用于计数器、flag等场景。 - **复合原子类型**：如AtomicReference，用于存储引用类型的原子对象，如对象的引用或数组。 - **原子集合**：如ConcurrentHashMap，提供基于原子操作的并发数据结构，保证数据的一致性。 - **特殊原子类**：如AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference，专门针对ABA问题设计。 总结来说，Java多线程与并发中，JUC原子类、CAS和Unsafe是实现高性能、低锁并发的重要工具，理解和掌握它们对于编写高效、可靠的并发程序至关重要。同时，了解不同同步方法的优缺点，以及如何合理选择和使用，是提升多线程编程能力的关键。