Java的并發(fā)原語包括synchronized、volatile、原子類、CAS和LockSupport，它們是構建高并發(fā)應用的基礎。1.synchronized通過監(jiān)視器鎖保證原子性和可見性，并借助內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，適用于狀態(tài)標志和單例模式；3.原子類如AtomicInteger基于CAS實現(xiàn)無鎖機制，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。理解這些原語有助于提升并發(fā)編程能力并解決實際問題。

Java 的并發(fā)編程是很多開發(fā)者繞不開的一塊內容，尤其是在構建高性能、高并發(fā)的應用時。很多人用過 synchronized 和 volatile，但真正理解 Java 并發(fā)原語（Concurrency Primitives）的并不多。這篇文章不講線程池、CompletableFuture 這些高級封裝，而是從底層出發(fā)，聊聊我們平時會用到的幾個核心并發(fā)原語。

什么是并發(fā)原語？

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

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

這些機制不是并發(fā)工具類（比如 ReentrantLock、CountDownLatch），而是構建這些工具的基礎。它們通常和 JVM 內存模型（JMM）密切相關，影響著變量可見性、執(zhí)行順序等行為。

synchronized 到底做了什么？

synchronized 是 Java 最早支持并發(fā)的關鍵字之一。它不僅能保證原子性，還能通過內置的監(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，但不一定了解它背后的內存屏障機制：

• 加鎖時插入 Load/Store Barrier，確保讀取的是最新的數(shù)據。
• 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。

舉個例子：多個線程同時調用一個 synchronized 方法，只有一個線程能進入，其余線程阻塞等待。這個過程背后其實是對象頭中 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差一些，但從 JDK6 開始引入了偏向鎖、輕量級鎖等優(yōu)化后，它的性能已經非常不錯了。

volatile：不只是“可見性”

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

但其實它還有兩個重要特性：

1. 禁止指令重排序
2. 寫操作 happens-before 讀操作

這使得 volatile 不僅適用于簡單的狀態(tài)標志，還適用于一些無鎖結構的設計，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;
    }
}

這里的 volatile 就是為了防止 new 對象時的指令重排導致其他線程拿到未構造完成的對象。

原子類與 CAS：無鎖也能安全

AtomicInteger、AtomicReference 等類的背后是 CAS 操作，也就是 Compare-and-Swap。它是一種樂觀鎖機制，適合沖突較少的場景。

CAS 有三個操作數(shù)：內存地址 V，預期值 E，新值 U。只有當內存中的值等于 E 時，才將值更新為 U。

Java 中的 CAS 是通過 Unsafe 類實現(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，缺點是可能出現(xiàn) ABA 問題?？梢杂?AtomicStampedReference 來打時間戳，避免誤判。

使用建議：

• 適用于讀多寫少、競爭不激烈的場景
• 注意循環(huán)次數(shù)過多可能導致 CPU 占用高
• 避免在大量并發(fā)下做無限重試，可以結合自旋限制

LockSupport：線程調度的原始手段

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

這兩個方法的作用很直接：

• park()：讓當前線程休眠，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用，而且不會拋出異常。

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

基本上就這些。Java 的并發(fā)原語雖然看起來簡單，但每個都有其適用范圍和邊界條件。理解它們的工作機制，不僅有助于寫出更高效的并發(fā)代碼，也有助于排查死鎖、內存可見性等問題。

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