定義
一個操作是原子的(atomic)，如果這個操作所處的層(layer)的更高層不能發現其內部實現與結構。
原子操作可以是一個步驟，也可以是多個操作步驟，但是其順序是不可以被打亂，或者切割掉只執行部分。
視作整體式原子性的核心。
簡介
原子操作是不可分割的在多進程（執行緒）訪問資源時，能夠確保所有其他的進程（執行緒）都不在同一時間內訪問相同的資源。原子操作（atomic operation）是不需要synchronized，這是Java多執行緒編程的老生常談了。所謂原子操作是指不會被執行緒調度機制打斷的操作；這種操作一旦開始，就一直運行到結束，中間不會有任何 context switch （切換到另一個執行緒）。通常所說的原子操作包括對非long和double型的primitive進行賦值，以及返回這兩者之外的primitive。之所以要把它們排除在外是因為它們都比較大，而JVM的設計規範又沒有要求讀操作和賦值操作必須是原子操作（JVM可以試著去這么作，但並不保證）。不過如果你在long或double前面加了volatile，那么它就肯定是原子操作了。
特性
原子操作是不可分割的，在執行完畢之前不會被任何其它任務或事件中斷。在單處理器系統（UniProcessor）中，能夠在單條指令中完成的操作都可以認為是" 原子操作"，因為中斷只能發生於指令之間。這也是某些CPU指令系統中引入了test_and_set、test_and_clear等指令用於臨界資源互斥的原因。但是，在對稱多處理器（Symmetric Multi-Processor）結構中就不同了，由於系統中有多個處理器在獨立地運行，即使能在單條指令中完成的操作也有可能受到干擾。我們以decl （遞減指令）為例，這是一個典型的"讀－改－寫"過程，涉及兩次記憶體訪問。構想在不同CPU運行的兩個進程都在遞減某個計數值，可能發生的情況是：
⒈ CPU A(CPU A上所運行的進程，以下同）從記憶體單元把當前計數值⑵裝載進它的暫存器中；
⒉ CPU B從記憶體單元把當前計數值⑵裝載進它的暫存器中。
⒊ CPU A在它的暫存器中將計數值遞減為1；
⒋ CPU B在它的暫存器中將計數值遞減為1；
⒌ CPU A把修改後的計數值⑴寫回記憶體單元。
⒍ CPU B把修改後的計數值⑴寫回記憶體單元。
我們看到，記憶體里的計數值應該是0，然而它卻是1。如果該計數值是一個共享資源的引用計數，每個進程都在遞減後把該值與0進行比較，從而確定是否需要釋放該共享資源。這時，兩個進程都去掉了對該共享資源的引用，但沒有一個進程能夠釋放它--兩個進程都推斷出：計數值是1，共享資源仍然在被使用。
硬體支持
原子操作原子性不可能由軟體單獨保證--必須需要硬體的支持，因此是和架構相關的。在x86 平台上，CPU提供了在指令執行期間對匯流排加鎖的手段。CPU晶片上有一條引線#HLOCK pin，如果彙編語言的程式中在一條指令前面加上前綴"LOCK"，經過彙編以後的機器代碼就使CPU在執行這條指令的時候把#HLOCK pin的電位拉低，持續到這條指令結束時放開，從而把匯流排鎖住，這樣同一匯流排上別的CPU就暫時不能通過匯流排訪問記憶體了，保證了這條指令在多處理器環境中的原子性。
Linux
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原子操作大部分使用彙編語言實現，因為c語言並不能實現這樣的操作。
* 在x86的原子操作實現代碼中，定義了LOCK宏，這個宏可以放在隨後的內聯彙編指令之前。如果是SMP，LOCK宏被擴展為lock指令；否則被定義為空 -- 單CPU無需防止其它CPU的干擾，鎖記憶體匯流排完全是在浪費時間。
#ifdef CONFIG_SMP
#define LOCK "lock ; "
#else
#define LOCK ""
#endif
* typedef struct { volatile int counter; } atomic_t;
在所有支持的體系結構上原子類型atomic_t都保存一個int值。在x86的某些處理器上，由於工作方式的原因，原子類型能夠保證的可用範圍只有24位。volatile是一個類型描述符，要求編譯器不要對其描述的對象作最佳化處理，對它的讀寫都需要從記憶體中訪問。
* #define ATOMIC_INIT(i) { (i) }
用於在定義原子變數時，初始化為指定的值。如：
static atomic_t count = ATOMIC_INIT⑴；
* static __inline__ void atomic_add(int i,atomic_t *v)
將v指向的原子變數加上i。該函式不關心原子變數的新值，返回void類型。
格式
格式在下面的實現中，使用了帶有C/C++表達式的內聯彙編代碼，格式如下（參考《AT&T ASM Syntax》）：
__asm__ __volatile__("Instruction List" : Output : Input : Clobber/Modify);
__asm__ __volatile__指示編譯器原封不動保留表達式中的彙編指令系列，不要考慮最佳化處理。涉及的約束還包括：
⒈ 等號約束（=）：只能用於輸出操作表達式約束，說明括弧內的左值表達式v->counter是write-only的。
⒉ 記憶體約束（m）：表示使用不需要藉助暫存器，直接使用記憶體方式進行輸入或輸出。
⒊ 立即數約束（i）：表示輸入表達式是一個立即數（整數），不需要藉助任何暫存器。
⒋ 暫存器約束（r）：表示使用一個通用暫存器，由GCC在%eax/%ax/%al、%ebx/%bx/%bl、%ecx/%cx/%cl和%edx/%dx/%dl中選取一個合適的。
相關程式
{
__asm__ __volatile__(
LOCK "addl %1,%0"
："=m" (v->counter)
："ir" (i),"m" (v->counter));
}
* static __inline__ int atomic_sub_and_test(int i,atomic_t *v)
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從v 指向的原子變數減去i，並測試是否為0。若為0，返回真，否則返回假。由於x86的subl指令會在結果為0時設定CPU的zero標誌位，而且這個標誌位是CPU私有的，不會被其它CPU影響。因此，可以執行一次加鎖的減操作，再根據CPU的zero標誌位來設定本地變數c，並相應返回。
{
unsigned char c;
__asm__ __volatile__(
LOCK "subl %2,%0; sete %1"
："=m" (v->counter),"=qm" (c)
："ir" (i),"m" (v->counter) : "memory");
return c;
}
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#define atomic_read(v) ((v)->counter)
讀取v指向的原子變數的值。
#define atomic_set(v,i) (((v)->counter) = (i))
設定v指向的原子變數的值為i。
static __inline__ void atomic_sub(int i,atomic_t *v)
從v指向的原子變數減去i。
static __inline__ void atomic_inc(atomic_t *v)
遞增v指向的原子變數。
static __inline__ void atomic_dec(atomic_t *v)
遞減v指向的原子變數。
static __inline__ int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)
遞減v指向的原子變數，並測試是否為0。若為0，返回真，否則返回假。
static __inline__ int atomic_inc_and_test(atomic_t *v)
遞增v指向的原子變數，並測試是否為0。若為0，返回真，否則返回假。
static __inline__ int atomic_add_negative(int i,atomic_t *v)
將v指向的原子變數加上i，並測試結果是否為負。若為負，返回真，否則返回假。這個操作用於實現semaphore。
