Java的並發(fā)原語(yǔ)包括synchronized、volatile、原子類(lèi)、CAS和LockSupport，它們是構(gòu)建高並發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)。 1.synchronized通過(guò)監(jiān)視器鎖保證原子性和可見(jiàn)性，並藉助內(nèi)存屏障防止指令重排序；2.volatile確保變量可見(jiàn)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(lèi)如AtomicInteger基於CAS實(shí)現(xiàn)無(wú)鎖機(jī)制，適合讀多寫(xiě)少場(chǎng)景但需注意ABA問(wèn)題；4.LockSupport提供線(xiàn)程掛起和喚醒的底層支持，比wait/notify更靈活且無(wú)需鎖。理解這些原語(yǔ)有助於提升並發(fā)編程能力並解決實(shí)際問(wèn)題。

Java 的並發(fā)編程是很多開(kāi)發(fā)者繞不開(kāi)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(guò)synchronized和volatile ，但真正理解Java 並發(fā)原語(yǔ)（Concurrency Primitives）的並不多。這篇文章不講線(xiàn)程池、CompletableFuture 這些高級(jí)封裝，而是從底層出發(fā)，聊聊我們平時(shí)會(huì)用到的幾個(gè)核心並發(fā)原語(yǔ)。

什麼是並發(fā)原語(yǔ)？

並發(fā)原語(yǔ)指的是操作系統(tǒng)或語(yǔ)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(yǔ)包括但不限於：

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

這些機(jī)制不是並發(fā)工具類(lèi)（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(jiàn)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(guò)內(nèi)置的監(jiān)視器鎖（monitor）來(lái)控制對(duì)臨界區(qū)的訪(fǎng)問(wèn)。

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(duì)其他線(xiàn)程可見(jiàn)。
• 它還會(huì)阻止指令重排序。

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

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

volatile：不只是“可見(jiàn)性”

volatile經(jīng)常被用來(lái)解決變量可見(jiàn)性問(wèn)題。比如一個(gè)布爾標(biāo)誌位，在多線(xiàn)程環(huán)境下如果不加volatile，一個(gè)線(xiàn)程改了另一個(gè)線(xiàn)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(xiě)操作happens-before 讀操作

這使得volatile不僅適用於簡(jiǎn)單的狀態(tài)標(biāo)誌，還適用於一些無(wú)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(duì)象時(shí)的指令重排導(dǎo)致其他線(xiàn)程拿到未構(gòu)造完成的對(duì)象。

原子類(lèi)與CAS：無(wú)鎖也能安全

AtomicInteger 、 AtomicReference等類(lèi)的背後是CAS 操作，也就是Compare-and-Swap。它是一種樂(lè)觀(guān)鎖機(jī)制，適合衝突較少的場(chǎng)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(guò)Unsafe類(lèi)實(shí)現(xiàn)的，而Unsafe底層又依賴(lài)CPU 指令（如x86 上的cmpxchg ）。

CAS 的好處是沒(méi)有線(xiàn)程阻塞，缺點(diǎn)是可能出現(xiàn)ABA 問(wèn)題?？梢杂?code>AtomicStampedReference來(lái)打時(shí)間戳，避免誤判。

使用建議：

• 適用於讀多寫(xiě)少、競(jìng)爭(zhēng)不激烈的場(chǎng)景
• 注意循環(huán)次數(shù)過(guò)多可能導(dǎo)致CPU 佔(zhàn)用高
• 避免在大量並發(fā)下做無(wú)限重試，可以結(jié)合自旋限制

LockSupport：線(xiàn)程調(diào)度的原始手段

如果你看過(guò)AbstractQueuedSynchronizer （AQS）的源碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它內(nèi)部用了LockSupport.park()和LockSupport.unpark()來(lái)掛起和喚醒線(xiàn)程。

這兩個(gè)方法的作用很直接：

• park() ：讓當(dāng)前線(xiàn)程休眠，直到被unpark 或中斷
• unpark(Thread) ：?jiǎn)拘阎付ň€(xiàn)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(huì)拋出異常。

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

基本上就這些。 Java 的並發(fā)原語(yǔ)雖然看起來(lái)簡(jiǎn)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(xiě)出更高效的並發(fā)代碼，也有助於排查死鎖、內(nèi)存可見(jiàn)性等問(wèn)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(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！