最近在看LinkedBlockingQueue看到了其中的count使用AtomicInteger修飾，之前也看過AtomicInteger的一些解釋，也是似懂非懂的，今天深入的了解了其實現方式，學到了很多東西。
要對AtomicInteger有一個深入的認識，就必須要了解一下悲觀鎖和樂觀鎖。cpu是時分復用的，也就是把cpu的時間片，分配給不同的線程/進程輪流執行，時間片與時間片之間，需要進行cpu切換，也就是會發生進程的切換。切換涉及到清空寄存器，緩存數據。然後重新加載新的thread所需數據。當一個線程被掛起時，加入到阻塞隊列，在一定的時間或條件下，在通過notify()，notifyAll()喚醒回來。在某個資源不可用的時候，就將cpu讓出，把當前等待線程切換為阻塞狀態。等到資源(比如一個共享數據）可用了，那麼就將線程喚醒，讓他進入runnable狀態等待cpu調度。這就是典型的悲觀鎖的實現。獨占鎖是一種悲觀鎖，synchronized就是一種獨占鎖，它假設最壞的情況，並且只有在確保其它線程不會造成干擾的情況下執行，會導致其它所有需要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。
但是，由於在進程掛起和恢復執行過程中存在著很大的開銷。當一個線程正在等待鎖時，它不能做任何事，所以悲觀鎖有很大的缺點。舉個例子，如果一個線程需要某個資源，但是這個資源的占用時間很短，當線程第一次搶占這個資源時，可能這個資源被占用，如果此時掛起這個線程，可能立刻就發現資源可用，然後又需要花費很長的時間重新搶占鎖，時間代價就會非常的高。
所以就有了樂觀鎖的概念，他的核心思路就是，每次不加鎖而是假設沒有沖突而去完成某項操作，如果因為沖突失敗就重試，直到成功為止。在上面的例子中，某個線程可以不讓出cpu,而是一直while循環，如果失敗就重試，直到成功為止。所以，當數據爭用不嚴重時，樂觀鎖效果更好。比如我們要說的AtomicInteger底層同步CAS就是一種樂觀鎖思想的應用。
CAS就是Compare and Swap的意思，比較並操作。很多的cpu直接支持CAS指令。CAS是項樂觀鎖技術，當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程並不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，並可以再次嘗試。CAS有3個操作數，內存值V，預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改為B，否則什麼都不做。
在CAS操作中，會出現ABA問題。就是如果V的值先由A變成B，再由B變成A，那麼仍然認為是發生了變化，並需要重新執行算法中的步驟。有簡單的解決方案：不是更新某個引用的值，而是更新兩個值，包括一個引用和一個版本號，即使這個值由A變為B，然後為變為A，版本號也是不同的。
Atomic包下類的理解：
Atomic包是Java.util.concurrent下的另一個專門為線程安全設計的Java包，包含多個原子操作類。這個包裡面提供了一組原子變量類。其基本的特性就是在多線程環境下，當有多個線程同時執行這些類的實例包含的方法時，具有排他性，即當某個線程進入方法，執行其中的指令時，不會被其他線程打斷，而別的線程就像自旋鎖一樣，一直等到該方法執行完成，才由JVM從等待隊列中選擇一個另一個線程進入，這只是一種邏輯上的理解。實際上是借助硬件的相關指令來實現的，不會阻塞線程(或者說只是在硬件級別上阻塞了)。可以對基本數據、數組中的基本數據、對類中的基本數據進行操作。原子變量類相當於一種泛化的volatile變量，能夠支持原子的和有條件的讀-改-寫操作。—— 引自@chenzehe 的博客。
先來看一下AtomicInteger中getAndIncrement（）方法的實現：
1 public final int getAndIncrement() {
2 for (;;) {
3 int current = get();
4 int next = current + 1;
5 if (compareAndSet(current, next))
6 return current;
7 }
8 }
這個方法的做法為先獲取到當前的 value 屬性值，然後將 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方法裡面，compareAndSet()方法的代碼如下：
1 public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
2 return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
3 }
compareAndSet 傳入的為執行方法時獲取到的 value 屬性值，next 為加 1 後的值， 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。所以基於 CAS 的操作可認為是無阻塞的，一個線程的失敗或掛起不會引起其它線程也失敗或掛起。並且由於 CAS 操作是 CPU 原語，所以性能比較好。
下面以具體的例子分析下AtomicInteger的實現：
計數器（Counter），采用Java裡比較方便的鎖機制synchronized關鍵字，初步的代碼如下：
1 public class Counter {
2 private int value;
3
4 public synchronized int getValue() {
5 return value;
6 }
7
8 public synchronized int increment() {
9 return ++value;
10 }
11
12 public synchronized int decrement() {
13 return --value;
14 }
15 }
synchronized關鍵字是基於阻塞的鎖機制，也就是說當一個線程擁有鎖的時候，訪問同一資源的其它線程需要等待，直到該線程釋放鎖，這也就我們前面所說的悲觀鎖。這裡會有些問題：首先，如果被阻塞的線程優先級很高很重要怎麼辦？其次，如果獲得鎖的線程一直不釋放鎖怎麼辦？（這種情況是非常糟糕的）。還有一種情況，如果有大量的線程來競爭資源，那CPU將會花費大量的時間和資源來處理這些競爭（事實上CPU的主要工作並非這些），同時，還有可能出現一些例如死鎖之類的情況，最後，其實鎖機制是一種比較粗糙，粒度比較大的機制，相對於像計數器這樣的需求有點兒過於笨重，因此，對於這種需求我們期待一種更合適、更高效的線程安全機制。
下面我們就以模擬CAS機制來實現Counter的例子：
CAS類：
1 public class SimpleCAS {
2 private volatile int value;
3 public synchronized int getValue(){
4 return value;
5 }
6 public synchronized boolean comperaAndSwap(int expectedValue,int newValue){
7 int oldValue = value;
8 if(oldValue == expectedValue){
9 value = newValue;
10 return true;
11 }else{
12 return false;
13 }
14 }
15 }
CASCounter類：
1 public class CASCounter {
2 private SimpleCAS cas;
3 public int getValue(){
4 return cas.getValue();
5 }
6 public int increment(){
7 int olevalue = cas.getValue();
8 for (; ;) {
9 if(cas.comperaAndSwap(olevalue, olevalue+1)){
10 return cas.getValue();
11 }
12 }
13
14 }
15 }
上面的模擬不是CSA的真正實現，其實我們在語言層面是沒有做任何同步的操作的，大家也可以看到源碼沒有任何鎖加在上面，可它為什麼是線程安全的呢？這就是Atomic包下這些類的奧秘：語言層面不做處理，我們將其交給硬件—CPU和內存，利用CPU的多處理能力，實現硬件層面的阻塞，再加上volatile變量的特性即可實現基於原子操作的線程安全。所以說，CAS並不是無阻塞，只是阻塞並非在語言、線程方面，而是在硬件層面，所以無疑這樣的操作會更快更高效！
總結一下，AtomicInteger基於沖突檢測的樂觀並發策略。 可以想象，這種樂觀在線程數目非常多的情況下，失敗的概率會指數型增加。
參考內容：http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/43057799，http://www.mamicode.com/info-detail-862009.html
