Java的並發(fā)原語包括synchronized、volatile、原子類、CAS和LockSupport，它們是構(gòu)建高並發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)。 1.synchronized通過監(jiān)視器鎖保證原子性和可見性，並藉助內(nèi)存屏障防止指令重排序；2.volatile確保變量可見性和禁止指令重排，適用於狀態(tài)標(biāo)誌和單例模式；3.原子類如AtomicInteger基於CAS實(shí)現(xiàn)無鎖機(jī)制，適合讀多寫少場景但需注意ABA問題；4.LockSupport提供線程掛起和喚醒的底層支持，比wait/notify更靈活且無需鎖。理解這些原語有助於提升並發(fā)編程能力並解決實(shí)際問題。

Java 的並發(fā)編程是很多開發(fā)者繞不開的一塊內(nèi)容，尤其是在構(gòu)建高性能、高並發(fā)的應(yīng)用時(shí)。很多人用過synchronized和volatile ，但真正理解Java 並發(fā)原語（Concurrency Primitives）的並不多。這篇文章不講線程池、CompletableFuture 這些高級封裝，而是從底層出發(fā)，聊聊我們平時(shí)會用到的幾個(gè)核心並發(fā)原語。

什麼是並發(fā)原語？

並發(fā)原語指的是操作系統(tǒng)或語言層面提供的最基本、最底層的同步機(jī)制。在Java 中，這些原語包括但不限於：

• synchronized關(guān)鍵字
• volatile變量
• java.util.concurrent.atomic包下的原子類
• LockSupport.park() / unpark()
• CAS（Compare and Swap）

這些機(jī)制不是並發(fā)工具類（比如ReentrantLock、CountDownLatch），而是構(gòu)建這些工具的基礎(chǔ)。它們通常和JVM 內(nèi)存模型（JMM）密切相關(guān)，影響著變量可見性、執(zhí)行順序等行為。

synchronized 到底做了什麼？

synchronized是Java 最早支持並發(fā)的關(guān)鍵字之一。它不僅能保證原子性，還能通過內(nèi)置的監(jiān)視器鎖（monitor）來控制對臨界區(qū)的訪問。

你可能知道它能加鎖，但不一定了解它背後的內(nèi)存屏障機(jī)制：

• 加鎖時(shí)插入Load/Store Barrier ，確保讀取的是最新的數(shù)據(jù)。
• 解鎖前插入Store Barrier ，保證修改對其他線程可見。
• 它還會阻止指令重排序。

舉個(gè)例子：多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用一個(gè)synchronized方法，只有一個(gè)線程能進(jìn)入，其餘線程阻塞等待。這個(gè)過程背後其實(shí)是對像頭中Mark Word 的狀態(tài)變化在起作用。

不過要注意， synchronized在早期版本性能確實(shí)差一些，但從JDK6 開始引入了偏向鎖、輕量級鎖等優(yōu)化後，它的性能已經(jīng)非常不錯了。

volatile：不只是“可見性”

volatile經(jīng)常被用來解決變量可見性問題。比如一個(gè)布爾標(biāo)誌位，在多線程環(huán)境下如果不加volatile，一個(gè)線程改了另一個(gè)線程可能看不到。

但其實(shí)它還有兩個(gè)重要特性：

1. 禁止指令重排序
2. 寫操作happens-before 讀操作

這使得volatile不僅適用於簡單的狀態(tài)標(biāo)誌，還適用於一些無鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，比如單例模式的雙重檢查鎖定。

 public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

這裡的volatile就是為了防止new 對象時(shí)的指令重排導(dǎo)致其他線程拿到未構(gòu)造完成的對象。

原子類與CAS：無鎖也能安全

AtomicInteger 、 AtomicReference等類的背後是CAS 操作，也就是Compare-and-Swap。它是一種樂觀鎖機(jī)制，適合衝突較少的場景。

CAS 有三個(gè)操作數(shù)：內(nèi)存地址V，預(yù)期值E，新值U。只有當(dāng)內(nèi)存中的值等於E 時(shí)，才將值更新為U。

Java 中的CAS 是通過Unsafe類實(shí)現(xiàn)的，而Unsafe底層又依賴CPU 指令（如x86 上的cmpxchg ）。

CAS 的好處是沒有線程阻塞，缺點(diǎn)是可能出現(xiàn)ABA 問題。可以用AtomicStampedReference來打時(shí)間戳，避免誤判。

使用建議：

• 適用於讀多寫少、競爭不激烈的場景
• 注意循環(huán)次數(shù)過多可能導(dǎo)致CPU 佔(zhàn)用高
• 避免在大量並發(fā)下做無限重試，可以結(jié)合自旋限制

LockSupport：線程調(diào)度的原始手段

如果你看過AbstractQueuedSynchronizer （AQS）的源碼，你會發(fā)現(xiàn)它內(nèi)部用了LockSupport.park()和LockSupport.unpark()來掛起和喚醒線程。

這兩個(gè)方法的作用很直接：

• park() ：讓當(dāng)前線程休眠，直到被unpark 或中斷
• unpark(Thread) ：喚醒指定線程

相比Object.wait()和notify() ，它更靈活，不需要持有鎖就能調(diào)用，而且不會拋出異常。

但它也更容易出錯，比如調(diào)用兩次unpark只會讓線程喚醒一次，後續(xù)再調(diào)用park也不會立即返回。

基本上就這些。 Java 的並發(fā)原語雖然看起來簡單，但每個(gè)都有其適用範(fàn)圍和邊界條件。理解它們的工作機(jī)制，不僅有助於寫出更高效的並發(fā)代碼，也有助於排查死鎖、內(nèi)存可見性等問題。

以上是深入研究Java並發(fā)原始的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！