原子数组
大约 2 分钟
用来保护数组内部数据的线程安全
原子数组分类
- AtomicIntegerArray
- AtomicLongArray
- AtomicReferenceArray
这是一个常见的误解。
原子数组（如 AtomicIntegerArray）的实现原理 完全不依赖 AQS。
它的底层实现非常“硬核”，直接依赖于 Unsafe 类 和 CPU 指令。
1. 为什么不是 AQS？
- AQS (AbstractQueuedSynchronizer) 是用来构建锁（Lock）、信号量（Semaphore）等同步器的框架。它的核心是维护一个线程等待队列（CLH 队列），解决的是“当资源被占用了，线程该去哪排队睡觉”的问题。
- AtomicIntegerArray 是为了实现非阻塞（Non-blocking）的原子操作。它的目标是：我想改这个值，如果改失败了我就重试（自旋），而不是去睡觉。所以它不需要队列，也不需要 AQS。
2. 原子数组的真正实现原理
它主要由三根支柱支撑：
支柱一：Unsafe 直接内存操作 (指针偏移量)
普通的 Java 数组访问 arr[i] 会有越界检查。AtomicIntegerArray 则直接把数组当成一块连续的内存。 它在初始化时，会计算出两个关键参数：
base: 数组在内存中的起始地址偏移量。scale: 每个元素占多少字节（int 是 4 字节）。
只要知道下标 i，它就能算出第 i 个元素的精确内存地址： $$地址 = base + i \times scale$$
支柱二：volatile 语义的读写
虽然数组里的元素不能被声明为 volatile（Java 语法不支持 volatile int[] arr 让元素 volatile），但在读写时，它使用了 Unsafe 的特殊方法：
- 读：
Unsafe.getIntVolatile(obj, offset)—— 强制从主内存读，保证可见性。 - 写：
Unsafe.putIntVolatile(obj, offset, value)—— 强制刷回主内存，保证可见性。
支柱三：CAS (Compare-And-Swap)
这是并发修改的核心。当你要把 arr[i] 从 A 改成 B 时： 调用 Unsafe.compareAndSwapInt(obj, offset, expect, update)。
这对应到底层 CPU 指令（如 x86 的 LOCK CMPXCHG）： “锁定这块内存地址，看它是不是 A？是就改成 B，不是就告诉我失败。” 这个过程不需要线程挂起，不需要上下文切换，速度极快。
总结
- Lock / Semaphore / CountDownLatch -> 基于 AQS (排队、阻塞、唤醒)。
- AtomicInteger / AtomicIntegerArray -> 基于 CAS + Unsafe (自旋、无锁、直接内存操作)。
它们是 Java 并发包中两套完全不同的底层机制。