原子类位于 java.util.concurrent.atomic 包，用于在无锁或低锁开销下完成单变量原子更新。它们的核心基础是 CAS。

1. CAS

CAS：Compare And Swap，比较并交换。

内存值 V
预期值 A
新值 B

如果 V == A：
    V = B，成功
否则：
    失败，重试或返回

示例：

AtomicInteger count = new AtomicInteger();
count.incrementAndGet();

概念流程：

读取旧值 old
计算新值 new = old + 1
CAS(old, new)
  ├─ 成功：返回
  └─ 失败：重新读取并重试

2. 常见原子类

类型	示例
基本类型	AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean
引用类型	AtomicReference
数组	AtomicIntegerArray、AtomicReferenceArray
字段更新器	AtomicIntegerFieldUpdater
高并发累加	LongAdder、LongAccumulator

3. AtomicInteger

AtomicInteger value = new AtomicInteger(0);

value.incrementAndGet();
value.getAndIncrement();
value.addAndGet(10);
value.compareAndSet(11, 20);

方法区别：

方法	返回
incrementAndGet	增加后的值
getAndIncrement	增加前的值
addAndGet	增加后的值
compareAndSet	CAS 是否成功

4. AtomicReference

AtomicReference 用于原子更新对象引用。

AtomicReference<Config> ref = new AtomicReference<>(oldConfig);
ref.compareAndSet(oldConfig, newConfig);

适合：

• 配置整体替换。
• 不可变对象引用更新。
• 简单状态机。

如果对象内部可变，原子引用只能保证引用替换原子，不能保证对象内部线程安全。

5. ABA 问题

CAS 只比较当前值是否等于预期值，可能出现 ABA：

线程 A 读取值 A
线程 B 把 A 改成 B
线程 B 又把 B 改回 A
线程 A CAS 看到还是 A，误以为没变

解决：

• AtomicStampedReference 加版本号。
• AtomicMarkableReference 加标记。

6. LongAdder

高并发计数时，AtomicLong 多线程竞争同一个变量，CAS 失败重试可能很多。

LongAdder 把热点分散到多个 Cell。

LongAdder
├─ base
├─ Cell[0]
├─ Cell[1]
└─ Cell[2]

sum = base + 所有 Cell

使用：

LongAdder adder = new LongAdder();
adder.increment();
long total = adder.sum();

适合高并发统计，不适合要求每次读取都严格实时一致的场景。

7. 原子类适用边界

适合：

• 单变量更新。
• 计数器。
• 状态标记。
• 引用整体替换。

不适合：

• 多个变量需要保持一致。
• 复杂业务临界区。
• 需要条件等待和通知。

例如：

if (stock.get() > 0) {
    stock.decrementAndGet();
}

这仍可能有竞态。需要用 CAS 循环或锁保护整个逻辑。

8. CAS 与锁

对比项	CAS	锁
阻塞	不阻塞	竞争时可能阻塞
适合	短小单变量操作	复杂临界区
高竞争	可能大量重试	可能阻塞等待
可读性	复杂逻辑可读性差	业务临界区更清晰

不要为了“无锁”牺牲正确性和可维护性。

专家实践与边界

Atomic 类适合单变量原子更新，它的核心通常是 CAS。CAS 避免了阻塞锁，但在高竞争下会反复重试，导致 CPU 消耗上升。

读取旧值
  │
  ▼
计算新值
  │
  ▼
CAS(旧值, 新值)
  ├─ 成功：完成更新
  └─ 失败：重新读取并重试

场景	推荐	原因
单个计数器	AtomicLong	简单直接
高并发统计	LongAdder	分散热点竞争
原子引用替换	AtomicReference	配置快照、状态机
多字段一致性	锁或不可变对象	Atomic 只能保护单点
乐观更新	CAS + 版本	需要处理失败重试

不要把 Atomic 当作“无锁万能工具”。当业务要求“检查余额并扣减库存”这类复合不变量时，更清晰的锁或事务往往更正确。

Tips 快问快答

Q：Atomic 的核心是什么？ A：CAS，加上 volatile 可见性语义。

Q：CAS 是什么？ A：比较当前值是否等于预期值，相等才更新为新值。

Q：AtomicInteger 能替代所有锁吗？ A：不能，只适合单变量原子更新。

Q：ABA 问题是什么？ A：值从 A 变 B 又变 A，CAS 无法感知中间变化。

Q：LongAdder 为什么高并发更快？ A：它把竞争分散到多个 Cell，减少同一变量 CAS 冲突。

Q：LongAdder 适合精确实时读取吗？ A：不完全适合，它更适合统计累加。

Q：AtomicReference 保证对象内部线程安全吗？ A：不保证，只保证引用更新原子。

Q：CAS 失败会怎样？ A：通常循环重试，竞争激烈时 CPU 消耗会上升。