当一个程序需要更新一个变量的时候，如果多个线程同时更新此变量，那么最终的结果可能无法得到预期的结果。比如 多个线程一起自增一个变量，因为线程之间存在本地缓存，那么更新的时候就会出现与预期不一致的结果。

Atomic 系列

通常我们需要使用Synchronized关键字或者Lock来避免临界区的资源被多个线程同时更新，这样的话可以防止出现上面的情况。但从JDK1.5 开始，JUC 提供了Atomic系列的原子操作，提供了一种简单，高效线程安全的更新变量方式。Atomic 系列的原子操作类总共提供了10多个类，属于4种类型的操作类： 更新基本类型，更新数组类型，更新引用类型，更新属性字段。
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  1. 基本类：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean；
  2. 引用类型：AtomicReference、AtomicReference的ABA实例、AtomicStampedRerence、AtomicMarkableReference；
  3. 数组类型：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
  4. 属性原子修改器（Updater）：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater

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Unsafe 类型

上面提到 Atomic 操作类基本都是对Unsafe 类的再次封装，那么我们有必要了解一下Unsafe 的相关使用。Unsafe是位于sun.misc包下的一个类，主要提供一些用于执行低级别、不安全操作的方法，如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等，这些方法在提升Java运行效率、增强Java语言底层资源操作能力方面起到了很大的作用。

  1. public final class Unsafe {
  3.    private Unsafe() { }
  5.   @CallerSensitive
  6.   public static Unsafe getUnsafe() {
  7.     Class var0 = Reflection.getCallerClass();
  8.     if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
  9.       throw new SecurityException("Unsafe");
  10.     } else {
  11.       return theUnsafe;
  12.     }
  13.   }
  16. // 判断类是不是引导类类加载器加载的
  17. // 只要判断他的加载器是不是null，是的话就是引导类加载器加载的
  18.   public static boolean isSystemDomainLoader(ClassLoader var0) {
  19.     return var0 == null;
  20.   }

如同上面看到Unsafe 源码一样, UnSafe 是一个单例的示例对象，可以使用其静态方法 getUnsafe() 获取到实例对象，但需要注意的是 在获取的时候判断获取实例的类是不是引导类加载的类，如果不是则会报错 SecurityException。

那么我们可以怎么获取Unsafe 的实例对象呢？

  1. 从getUnsafe方法的使用限制条件出发，通过Java命令行命令-Xbootclasspath/a把调用Unsafe相关方法的类A所在jar包路径追加到默认的bootstrap路径中，使得A被引导类加载器加载，从而通过Unsafe.getUnsafe方法安全的获取Unsafe实例。
  1. java -Xbootclasspath/a: ${path}   // 其中path为调用Unsafe相关方法的类所在jar包路径
  1. 通过反射获取单例对象theUnsafe。
    1. private static Unsafe reflectGetUnsafe() {
    2.  try {
    3.    Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
    4.    field.setAccessible(true);
    5.    return (Unsafe) field.get(null);
    6.  } catch (Exception e) {
    7.    log.error(e.getMessage(), e);
    8.    return null;
    9.  }
    10. }

一般我们通过 方法2 来获取到Unsafe 的单实例对象。

Unsafe 方法API 主要有以下几类 :
image.png

本章的Atomic 实现主要使用的CAS (Compare And Swap)即比较并替换，实现并发算法时常用到的一种技术。CAS操作包含三个操作数——内存位置、预期原值及新值。执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则，处理器不做任何操作。我们都知道，CAS是一条CPU的原子指令（cmpxchg指令），不会造成所谓的数据不一致问题，Unsafe提供的CAS方法（如compareAndSwapXXX）底层实现即为CPU指令cmpxchg。

但由于Unsafe 类使Java语言拥有了类似C 语言指针一样操作内存空间的能力，这无疑也增加了程序发生相关指针问题的风险。在程序中过度、不正确使用Unsafe 类会使得程序出错的概率变大，使得Java 这种安全的语言变得不再“安全”，因此对Unsafe 的使用一定要慎重。