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文章标题：100道Java面试题之-Java中的原子类（如AtomicInteger）是如何实现线程安全的？
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Java中的原子类（如AtomicInteger）通过底层使用CAS（Compare-And-Swap，即比较并交换）操作来实现线程安全。CAS操作是原子操作，它包含三个参数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。这是硬件级别的支持，因此在执行时不会被线程调度机制中断。

原子类实现线程安全的关键点：

  1. CAS操作：

    • AtomicInteger内部使用volatile int变量来存储当前值，确保所有线程都能看到最新的值。
    • 使用CAS操作来更新这个值。例如，在AtomicInteger的incrementAndGet()方法中，CAS操作会尝试将当前值增加1。如果在此期间没有其他线程修改过这个值，则操作成功；如果有其他线程修改了值，则CAS操作失败，当前线程会重新尝试，直到成功为止。

  2. 自旋锁：

    • 当CAS操作失败时，原子类内部会进行重试，这个过程称为自旋锁。自旋锁避免了线程在CPU之间的切换开销，因为它让线程保持活动状态，等待锁被释放。
    • 然而，自旋锁在锁持有时间较长的情况下可能会浪费CPU资源，因为线程会持续进行无用的循环检查。

  3. 无锁编程：

    • 原子类实现了无锁编程（Lock-Free Programming），这意味着它们不使用传统的锁（如synchronized关键字或Lock接口）来同步对共享资源的访问。
    • 无锁编程通常基于乐观并发策略，即假设冲突不会经常发生，从而减少了锁的开销。

示例代码：

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

// 线程安全地增加
int newValue = atomicInteger.incrementAndGet();

// 原子地更新，只有当当前值等于expected值时
boolean updated = atomicInteger.compareAndSet(expectedValue, newValue);

总结：

Java中的原子类通过CAS操作、自旋锁和无锁编程技术来实现线程安全。这些类提供了比传统锁更高的并发级别，并且减少了线程切换的开销，但也可能在高冲突情况下导致CPU资源的浪费。在设计高并发系统时，合理使用原子类可以帮助开发者编写出既高效又安全的并发代码。

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