在 Java 中，除了常见的底层锁和并发集合类，java.util.concurrent 包还提供了一组专门用于原子操作的封装类，位于 java.util.concurrent.atomic 包。通过这些类，我们可以在多线程环境下安全地进行无锁操作，避免了传统锁的性能开销。今天我们就来详细了解其中一个常用的类：AtomicInteger。
1. 原子操作类概述
java.util.concurrent.atomic 包中的类提供了一些常见的数据类型（如 AtomicInteger, AtomicLong）的原子操作。这些类的核心特性是它们通过无锁（lock-free）方式实现线程安全，从而避免了传统同步机制的性能瓶颈。
我们以 AtomicInteger 为例，来了解其提供的一些常见操作：
1.1 主要操作
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增加值并返回新值：
int addAndGet(int delta)
该方法将给定的增量delta加到当前值，并返回更新后的新值。 -
加1后返回新值：
int incrementAndGet()
该方法将当前值加1，并返回加1后的新值。 -
获取当前值：
int get()
该方法返回当前的值。 -
使用CAS方式设置：
boolean compareAndSet(int expect, int update)
该方法通过比较当前值是否为expect，如果相等，则将其更新为update，并返回true，否则返回false。
1.2 CAS（Compare and Set）操作
AtomicInteger 以及其他原子类的底层实现基于 CAS（Compare and Set） 操作。CAS 操作是一种无锁的线程安全机制，其原理是：在操作过程中，它会比较当前值和预期值是否一致，如果一致，则更新为新值；如果不一致，说明另一个线程已修改了值，当前线程会重新获取最新的值。
举个例子，如果我们自己通过 CAS 编写 incrementAndGet() 方法，它大概长这样：
javapublic int incrementAndGet(AtomicInteger var) {int prev, next;do {prev = var.get(); // 获取当前值next = prev + 1; // 增加1} while (!var.compareAndSet(prev, next)); // CAS操作，直到成功return next; // 返回更新后的值}
CAS 操作保证了即使多个线程同时修改 AtomicInteger 的值，也能确保最终的更新是正确的。
2. 使用 AtomicLong 实现全局唯一ID生成器
AtomicLong 和 AtomicInteger 类似，用于提供对 long 类型数据的原子操作。我们可以使用它来实现一个线程安全的全局唯一 ID 生成器。例如：
javaclass IdGenerator {AtomicLong var = new AtomicLong(0);public long getNextId() {return var.incrementAndGet(); // 线程安全的自增操作}}
在这个例子中，AtomicLong 用于生成一个递增的全局唯一 ID。每次调用 getNextId() 时，var 会自增 1，并返回新值。
3. Java 8 中的新原子类：LongAdder 和 LongAccumulator
在高竞争场景下，AtomicInteger 和 AtomicLong 的性能可能会有所下降。为了解决这个问题，Java 8 引入了 LongAdder 和 LongAccumulator，这两个类在高并发情况下能提供更好的性能。
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LongAdder：专为高并发环境设计，通过将数据分配到多个变量上，减少了线程间的竞争。它适用于高并发的累加场景。
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LongAccumulator：与
LongAdder类似，但它允许用户自定义累加操作。
这两个类的设计使得在高度竞争的环境下，也能保证性能的优化。
4. 小结
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原子操作：通过
java.util.concurrent.atomic包提供的类（如AtomicInteger和AtomicLong），我们可以实现无锁的线程安全操作，避免了传统锁带来的性能开销。 -
适用场景：这些原子类适用于计数器、累加器等需要频繁更新的场景，尤其是在高并发环境下，它们的表现优于传统的同步机制。
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使用方便：
AtomicInteger提供了简单易用的操作方法，如incrementAndGet()、compareAndSet()等，使得多线程编程更加简洁高效。
通过使用原子类，开发者可以在保证线程安全的同时，提升程序的性能，避免了传统锁机制的瓶颈，特别是在高并发场景下，能够有效地提高系统的吞吐量。