原子操作的定義

atomic,表面上，指的是不能進一步分割的最小粒子。借鑑我們在資料庫中學的事務的概念，atomic operation,意為——不可被中斷的一個或者一系列操作。

處理器如何實現原子操作

使用匯流排鎖保證原子性

如果多個處理器同時對共享變數進行讀改寫操作，例如，i++操作，那麼共享變數會被多個處理器同時操作，這樣讀改寫操作就不是原子的了。例如，cpu1將共享變數i=1讀到自己的快取，與此同時，cup2將i=1也讀入了了自己的快取，cup1 和cpu2在各自讀到的i=1的基礎上進行++操作，之後再寫回系統記憶體中，此時i=2，兩次自加操作，並沒有讓i=3。 要想保證讀寫改一個變數的操作是原子的，就必須保證CUP1讀寫改共享變數的時候，CUP2不能操作快取了該共享變數記憶體地址的快取。 處理器使用匯流排鎖就是來解決這個問題的。匯流排鎖就是使用處理器提供的一個LOCK訊號，當一個處理器在總線上輸出此訊號時，其他處理器的請求將被阻塞住，那麼該處理器可以獨佔共享記憶體。

使用快取鎖定來保證原子性

在同一時刻，我們只需要保證對某個記憶體地址的操作是原子性即可，但匯流排鎖定把CUP和記憶體之間的通訊鎖住了，這使得鎖定期間，其他處理器不能操作其他記憶體地址的資料，所以匯流排鎖定的開銷比較大，目前處理器在某些場合下使用快取鎖定代替匯流排鎖定來進行優化。

Java如何實現原子操作

使用迴圈CAS實現原子操作

JVM中的CAS操作正是利用了處理器提供的CMPXCHG指令來實現的。自旋CAS實現的基本思路就是迴圈進行CAS操作直到成功為止。

cas實現原子操作的三大問題

• ABA問題 cas需要再操作值的時候，檢查值有沒有發生變化，如果沒有發生變化則更新。但是一個值，如果原來為A，變成了B，又變成了A，那麼使用CAS進行compare and set的時候，會發現它的值根本沒變化過，但實際上是變化過的。ABA問題的解決思路就是使用版本號，1A->2B->3C。在Atomic包中（above 1.5）,提供了一個AtomicStampedReference來解決ABA問題。
• 迴圈時間開銷大 自選CAS如果長時間不成功，會給CUP帶來非常大的執行開銷。
• 只能保證一個共享變數的原子操作 （above 1.5）提供了AtomicReference類來保證引用物件之間的原子性，可以將多個變數放在一個物件裡進行cas操作。

使用鎖實現原子操作

鎖機制保證了只有獲得鎖的執行緒才能操作鎖定的記憶體區域。JVM內，實現了很多鎖機制，有偏向鎖，輕量級鎖，互斥鎖。除了偏向鎖，JVM實現鎖的方式都使用了迴圈CAS，即當一個執行緒想進入同步快的時候使用迴圈CAS的方式來獲取鎖，當它退出同步快的時候使用CAS釋放鎖。