Java 源码解析中 AtomicInteger 的 CAS 无锁原子操作底层怎么写

舞夢輝影

舞夢輝影

2026-08-04

262人浏览

原创

atomicinteger的cas无锁操作依赖cpu原子指令(如x86的cmpxchg)、volatile保证可见性及unsafe类封装,通过自旋重试实现乐观锁,三者缺一不可。

java 源码解析中 atomicinteger 的 cas 无锁原子操作底层怎么写

AtomicInteger 的 CAS 无锁操作底层不靠 Java 代码实现,而是依赖 JVM 调用 CPU 级别的原子指令(如 cmpxchg),配合 volatile 变量语义和 Unsafe 类封装完成。

核心依赖:Unsafe 类与 volatile 字段

AtomicInteger 内部持有一个 volatile int value,保证可见性;所有原子操作都通过私有静态 final 的 Unsafe 实例发起。Unsafe 提供了直接内存操作能力,其中 compareAndSwapInt 是 CAS 的入口方法。

  • value 字段被声明为 volatile,确保每次读取都是最新值,写入立即刷新到主内存
  • Unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update) 是真正执行 CAS 的本地方法,valueOffset 是 value 字段在对象内存中的偏移量(由 Unsafe.objectFieldOffset 获取)
  • 该方法最终编译为一条 CPU 指令(如 x86 下的 lock cmpxchg),具备原子性:比较并交换一步完成,不可中断

CAS 循环逻辑:自旋重试而非阻塞

incrementAndGet() 为例,它不是“直接加1”,而是用循环 + CAS 实现:

Java JDK 25
Java JDK 25

Java JDK 25 来自 OpenJDK 官方归档,版本为 JDK 25,本条下载地址已指向官方 Windows x64 zip 安装包直链,适合调试旧项目或兼容旧版 Java 运行环境。

下载
  • 先用 getIntVolatile() 读当前值
  • 计算新值(如 +1)
  • 调用 compareAndSwapInt 尝试更新:仅当当前值仍等于刚读出的值时才成功
  • 失败则重读、重算、重试,直到成功为止 —— 这就是典型的“乐观锁”自旋策略

为什么需要 Unsafe?Java 层无法直接写原子指令

Java 语言规范不暴露底层硬件指令,CAS 必须由 JVM 提供支持。Unsafe 是 JVM 内部机制的桥梁:

  • 它绕过 Java 访问控制(如 private 字段),允许直接操作对象字段内存地址
  • compareAndSwapXxx 方法是 native 实现,在 HotSpot 中对应 unsafe.cpp 和汇编 stub(如 os_cpu/linux_x86/vm/os_linux_x86.cpp
  • 不同 CPU 架构(x86/ARM)下,JVM 会生成对应平台的原子指令,屏蔽硬件差异

不是纯“无锁”:底层仍有 lock 前缀或内存屏障

所谓“无锁”是指不使用 synchronized 或 AQS 等操作系统级互斥锁,但并非没有硬件级同步开销:

  • x86 上 cmpxchg 默认带 lock 前缀,会锁定缓存行或总线,阻止其他核并发修改同一内存位置
  • ARM 等架构用 LDXR/STXR 指令对,配合内存屏障(如 DMB)保证顺序性
  • JVM 在 Unsafe 调用前后还会插入必要的内存屏障(如 LoadLoad、StoreStore),配合 volatile 语义防止指令重排序

不复杂但容易忽略:CAS 正确性 = volatile 可见性 + Unsafe 原子指令 + 自旋重试逻辑三者缺一不可。

Java免费学习笔记:立即使用
解锁 Java 大师之旅:从入门到精通的终极指南

相关专题

更多
java
java

Java是一个通用术语,用于表示Java软件及其组件,包括“Java运行时环境 (JRE)”、“Java虚拟机 (JVM)”以及“插件”。php中文网还为大家带了Java相关下载资源、相关课程以及相关文章等内容,供大家免费下载使用。

2023.06.15

3765

6

java正则表达式语法
java正则表达式语法

java正则表达式语法是一种模式匹配工具,它非常有用,可以在处理文本和字符串时快速地查找、替换、验证和提取特定的模式和数据。本专题提供java正则表达式语法的相关文章、下载和专题,供大家免费下载体验。

2023.07.05

2776

9

java自学难吗
java自学难吗

Java自学并不难。Java语言相对于其他一些编程语言而言,有着较为简洁和易读的语法,本专题为大家提供java自学难吗相关的文章,大家可以免费体验。

2023.07.31

2800

8

java配置jdk环境变量
java配置jdk环境变量

Java是一种广泛使用的高级编程语言,用于开发各种类型的应用程序。为了能够在计算机上正确运行和编译Java代码,需要正确配置Java Development Kit(JDK)环境变量。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.01

636

3

java保留两位小数
java保留两位小数

Java是一种广泛应用于编程领域的高级编程语言。在Java中,保留两位小数是指在进行数值计算或输出时,限制小数部分只有两位有效数字,并将多余的位数进行四舍五入或截取。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.02

601

3

java基本数据类型
java基本数据类型

java基本数据类型有:1、byte;2、short;3、int;4、long;5、float;6、double;7、char;8、boolean。本专题为大家提供java基本数据类型的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

705

5

java有什么用
java有什么用

java可以开发应用程序、移动应用、Web应用、企业级应用、嵌入式系统等方面。本专题为大家提供java有什么用的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

1289

5

java在线网站
java在线网站

Java在线网站是指提供Java编程学习、实践和交流平台的网络服务。近年来,随着Java语言在软件开发领域的广泛应用,越来越多的人对Java编程感兴趣,并希望能够通过在线网站来学习和提高自己的Java编程技能。php中文网给大家带来了相关的视频、教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读和下载。

2023.08.03

18844

3

配置java环境变量
配置java环境变量

配置Java环境变量是为了让操作系统能够识别和使用Java的相关命令和功能。本专题为大家提供配置java环境变量相关文章,帮助大家解决问题。

2023.08.03

646

8

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
开发大牛的经验结晶-Java设计模式
开发大牛的经验结晶-Java设计模式

共149课时 | 25.8万人学习

Java JDBC数据库连接官方教程
Java JDBC数据库连接官方教程

共0课时 | 0人学习

Java 26官方文档
Java 26官方文档

共0课时 | 0人学习