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1. 原子操作的定义

在 Java 并发编程里，原子操作指的是不可被中断的一个或一系列操作。也就是说，在执行过程中，不会被其他线程干扰，要么全部执行完成，要么完全不执行，不会出现执行到一半被其他线程插入操作的情况。原子操作是并发编程中的基础，能保证数据在多线程环境下的一致性和完整性。

2. 可用的原子类

Java 在 java.util.concurrent.atomic 包中提供了一系列原子类，常见的原子类可以分为以下几类：

2.1 基本类型原子类

AtomicInteger：用于对 int 类型变量进行原子操作。
AtomicLong：用于对 long 类型变量进行原子操作。
AtomicBoolean：用于对 boolean 类型变量进行原子操作。

2.2 数组类型原子类

AtomicIntegerArray：用于对 int 类型数组元素进行原子操作。
AtomicLongArray：用于对 long 类型数组元素进行原子操作。
AtomicReferenceArray：用于对引用类型数组元素进行原子操作。

2.3 引用类型原子类

AtomicReference：用于对引用类型进行原子操作。
AtomicStampedReference：带有版本号的引用类型原子类，可解决 ABA 问题。
AtomicMarkableReference：带有标记位的引用类型原子类。

2.4 字段更新器原子类

AtomicIntegerFieldUpdater：用于对 int 类型的字段进行原子更新。
AtomicLongFieldUpdater：用于对 long 类型的字段进行原子更新。
AtomicReferenceFieldUpdater：用于对引用类型的字段进行原子更新。

3. 原子类实现原子性的原理

Java 中的原子类主要借助 Unsafe 类和 CAS（Compare-And-Swap，比较并交换）操作来实现原子性。

3.1 `Unsafe` 类

Unsafe 类是 Java 提供的一个特殊类，它提供了一些底层操作，如直接访问内存、操作内存地址等。原子类通过 Unsafe 类来直接操作内存中的变量，从而避免了传统锁机制带来的性能开销。

3.2 CAS 操作

CAS 操作是一种乐观锁机制，包含三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。当且仅当内存位置 V 的值等于预期原值 A 时，才会将内存位置 V 的值更新为新值 B；否则，不做任何操作。整个操作是原子性的，由 CPU 硬件指令保证。

以 AtomicInteger 类的 getAndIncrement() 方法为例，其源码实现如下：

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

getAndAddInt() 方法的具体实现如下：

public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
    int v;
    do {
        v = getIntVolatile(o, offset);
    } while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));
    return v;
}

getIntVolatile(o, offset)：从内存中获取对象 o 偏移量为 offset 处的 int 类型的值。
compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta)：使用 CAS 操作尝试将对象 o 偏移量为 offset 处的值从 v 更新为 v + delta。如果更新成功，返回 true；否则返回 false。
通过 do-while 循环不断尝试，直到 CAS 操作成功，从而保证了 getAndIncrement() 方法的原子性。

综上所述，Java 原子类利用 Unsafe 类和 CAS 操作，在不使用传统锁的情况下实现了原子操作，提高了并发性能。