傳統 synchronized/ReentrantLock 屬於悲觀鎖：假設衝突必發生，阻塞線程等待。高併發下上下文切換、內核態切換開銷大。無鎖採用樂觀鎖策略：假設衝突少見，嘗試直接更新，失敗則重試（自旋），避免線程掛起，吞吐量顯著提升。
CAS 由 CPU 指令 cmpxchg (x86) / LDXR/STXR (ARM) 保證原子性，不可分割。JVM 通過 Unsafe.compareAndSwapInt/Long/Object 內部方法暴露給 Java 層。
// 伪代码
boolean compareAndSet(V expected, V newValue) {
if (currentValue == expected) {
currentValue = newValue;
return true;
}
return false;
}
只有當內存值 等於預期值 時才更新為新值，返回成功；否則不修改，返回失敗。調用者通常在循環中重試 (自旋)。
| 類別 | 代表類 | 適用場景 |
|---|---|---|
| 基本類型 | AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean | 計數器、序列號、開關標誌 |
| 引用類型 | AtomicReference<V> | 對象引用原子更新、無鎖堆棧/隊列節點 |
| 數組類型 | AtomicIntegerArray, AtomicReferenceArray | 數組元素獨立原子更新 |
| 字段更新器 | AtomicIntegerFieldUpdater, AtomicReferenceFieldUpdater | 對現有類的 volatile 字段賦予原子性，不改動原類結構 |
| 帶版本號引用 | AtomicStampedReference, AtomicMarkableReference | 解決 ABA 問題 |
| 累加器 | LongAdder, DoubleAdder, LongAccumulator | 高併發計數器，分段累加降低 CAS 衝突 (JDK 8+) |
public final int getAndIncrement() {
for (;;) { // 自旋循環
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next)) // CAS 嘗試更新
return current;
}
}
valueOffset 通過 Unsafe.objectFieldOffset 獲取字段在對象內存中的偏移量，CAS 直接操作該偏移地址。
線程 1 讀取值 A，準備 CAS 更新為 B。線程 2 將 A→B→A。線程 1 CAS 時發現值仍為 A，誤以為未被修改，更新成功，但實際狀態已發生變化。對於單純計數器無影響，但對於節點引用、狀態機等場景會導致邏輯錯誤。
內部維護 Pair<V> { reference, stamp }，每次更新遞增 stamp（時間戳/版本號）。CAS 同時比較引用與 stamp。
AtomicStampedReference money = new AtomicStampedReference<>(19, 0);
// 充值線程：余額 < 20 才充值，且每次操作 stamp+1
int stamp = money.getStamp();
if (money.compareAndSet(19, 39, stamp, stamp + 1)) { ... }
// 消費線程：同樣檢查 stamp
即使值 19→39→19，stamp 已從 0→1→2，第二次 CAS 會因 stamp 不匹配而失敗。
僅需一個 boolean 標記（如「已邏輯刪除」），不需要完整版本號。
compareAndSwapInt/Long/Object：CAS 操作。getAndAddInt/Long：原子增減。putOrderedInt/Long：有序寫入（釋放語義，弱於 volatile）。park/unpark：線程阻塞/喚醒，LockSupport 底層依賴。sun.misc.Unsafe 非標準 API，JDK 9+ 模塊化限制訪問，建議優先使用 VarHandle (JDK 9+) 或原子類封裝。// 靜態字段 VarHandle
private static final VarHandle COUNTER;
static {
try {
COUNTER = MethodHandles.lookup()
.findVarHandle(Counter.class, "count", int.class);
} catch (Exception e) { throw new ExceptionInInitializerError(e); }
}
// 使用
COUNTER.getAndAdd(this, 1); // 原子增
COUNTER.compareAndSet(this, 0, 1); // CAS
VarHandle 提供標準化、模塊化友好的底層內存操作 API，支援多種內存排序模式（plain, opaque, acquire/release, volatile）。
| 場景 | 推薦方案 | 理由 |
|---|---|---|
| 單一計數器，中低併發 | AtomicLong | 簡單、語義清晰 |
| 高併發計數器（統計、限流） | LongAdder | 分段累加，CAS 衝突極低，吞吐量碾壓 AtomicLong |
| 對象引用原子更新 | AtomicReference | 泛型支援、無 ABA 風險場景 |
| 無鎖數據結構節點（鏈表、隊列） | AtomicStampedReference | 解決 ABA，保證線性一致性 |
| 現有類字段賦予原子性 | Atomic*FieldUpdater | 無侵入、字段需 volatile |
無鎖編程基於硬件 CAS 指令，通過樂觀重試實現高併發下的優異性能。Java 提供豐富的原子類族覆蓋各類場景，核心在於理解 CAS 語義、ABA 問題、自旋開銷、內存可見性。實際開發中，優先使用 LongAdder 等高級累加器、ConcurrentHashMap 等並發容器，僅在構建自定義無鎖數據結構時直接操作 AtomicReference/VarHandle。
