一、概念介紹
（一）volatile關鍵字
Java 因爲指令重排序，優化我們的代碼，讓程序運行更快，也隨之帶來了多線程下，指令執行順序的不可控。
1.volatile關鍵字的作用：
- 內存可見性，修飾的變量發生改變之後對所有線程立即可見
- 禁止指令重排序
volatile的底層是通過內存屏障實現的，第一個作用是禁止指令重排。內存屏障另一個作用是強制更新一次不同 CPU 的緩存。
synchronized 看作重量級的鎖，而 volatile 看作輕量級的鎖 。synchronized使用的鎖的層面是在JVM層面，虛擬機處理字節碼文件實現相關指令。volatile 底層使用多核處理器實現的 lock 指令，更底層，消耗代價更小。
（二）CAS
CAS 的全稱是 Compare-And-Swap , 它是一條 CPU 併發原語。
CAS 並不是一種實際的鎖，它僅僅是實現樂觀鎖的一種思想，java 中的樂觀鎖（如自旋鎖）基本都是通過 CAS 操作實現的，CAS 是一種更新的原子操作，比較當前值跟傳入值是否一樣，一樣則更新，否則失敗。
樂觀鎖一般會使用版本號機制或 CAS 算法實現
1.版本號機制
一般是在數據表中加上一個數據版本號 version 字段，表示數據被修改的次數，當數據被修改時，version 值會加一。當線程 A 要更新數據值時，在讀取數據的同時也會讀取 version 值，在提交更新時，若剛纔讀取到的 version 值爲當前數據庫中的 version 值相等時才更新，否則重試更新操作，直到更新成功。
2.CAS 算法
即 compare and swap（比較與交換），是一種有名的無鎖算法。無鎖編程，即不使用鎖的情況下實現多線程之間的變量同步，也就是在沒有線程被阻塞的情況下實現變量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。 CAS 算法涉及到三個操作數
- 需要讀寫的內存值 V
- 進行比較的值 A
- 擬寫入的新值 B
當且僅當 V 的值等於 A 時，CAS 通過原子方式用新值 B 來更新 V 的值，否則不會執行任何操作（比較和替換是一個原子操作）。一般情況下是一個自旋操作，即不斷的重試。
3.synchronized與CAS的比較
synchronized涉及線程之間的切換，存在用戶狀態和內核狀態的切換，耗費巨大。CAS只是CPU的一條原語，是一個原子操作，消耗較少。
二、atomic 的實現原理
Atomic 包中的類基本的特性就是在多線程環境下，當有多個線程同時對單個（包括基本類型及引用類型）變量進行操作時，具有排他性，即當多個線程同時對該變量的值進行更新時，僅有一個線程能成功，而未成功的線程可以向自旋鎖一樣，繼續嘗試，一直等到執行成功。
Atomic 系列的類中的核心方法都會調用 unsafe 類中的幾個本地方法。這個類包含了大量的對 C 代碼的操作，包括很多直接內存分配以及原子操作的調用，而它之所以標記爲非安全的，是告訴你這個裏面大量的方法調用都會存在安全隱患。unsafe 是 java 提供的獲得對對象內存地址訪問的類，它的作用就是在更新操作時提供 “比較並替換” 的作用。
CAS 併發原語現在 Java 語言中就是 sun.misc.Unsafe 類的各個方法，調用 Unsafe 類中的 CAS 方法，JVM 會幫我們實現 CAS 彙編指令，這是一種完全依賴硬件的功能，通過它實現了原子操作，由於 CAS 是一種系統原語，原語屬於操作系統用語範疇，是由於諾幹條指令組成的，用於完成某個功能的一個過程，並且原語的執行必須是連續的，在執行過程中不允許被中斷，也就是說 CAS 是一條 CPU 原子指令，不會造成所謂的數據不一致問題。
可以看出atomic證原子性就是通過：自旋 + CAS（樂觀鎖）
仔細分析 concurrent 包的源代碼實現，會發現一個通用化的實現模式：
-
首先，聲明共享變量爲 volatile；
-
然後，使用 CAS 的原子條件更新來實現線程之間的同步；
-
同時，配合以 volatile 的讀 / 寫和 CAS 所具有的 volatile 讀和寫的內存語義來實現線程之間的通信。
優缺點：
CAS 相對於其他鎖，不會進行內核態操作，有着一些性能的提升。但同時引入自旋，當鎖競爭較大的時候，自旋次數會增多。cpu 資源會消耗很高。CAS + 自旋適合使用在低併發有同步數據的應用場景。
三、atomic 的 ABA問題
多個線程即可以入列也可以出列，也就是數據的操作方向不一致，那麼可能出現 ABA 的情況。
T1 線程準備出棧，對於出棧操作我們只需要將棧頂位置由 sp 通過 CAS 操作更新爲 newSP 即可，如圖 1 所示。但是在 T1 線程執行 tail.compareAndSet (sp,newSP) 之前系統進行了線程調度，T2 線程開始執行。T2 執行了三個操作，A 出棧，B 出棧，然後又將 A 入棧。此時系統又開始調度，T1 線程繼續執行出棧操作，但是在 T1 線程看來，棧頂元素仍然爲 A，（即 T1 仍然認爲 B 還是棧頂 A 的下一個元素），而實際上的情況如圖 2 所示。T1 會認爲棧沒有發生變化，所以 tail.compareAndSet (sp,newSP) 執行成功，棧頂指針被指向了 B 節點。而實際上 B 已經不存在於堆棧中，T1 將 A 出棧後的結果如圖 3 所示，這顯然不是正確的結果。
解決方法：
除了要比較當對象的前值和預期值以外，還要比較當前（操作的）戳值和預期（操作的）戳值，當全部相同時，compareAndSet 方法才能成功。每次更新成功，戳值都會發生變化，戳值的設置是由編程人員自己控制的。
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