在原子变量相关类中，AtomicReference, AtomicStampedReference, AtomicMarkableReference三个类是对于引用类型的操作，其原理和用法类似。
AtomicStampedReference是带了整型版本号(int stamp)的引用型原子变量，每次执行CAS操作时需要对比版本，如果版本满足要求，则操作成功，否则操作失败，用于防止CAS操作的ABA问题。本文重点分析AtomicStampedReference。
AtomicMarkableReference则是带了布尔型标记位(Boolean mark)的引用型原子量，每次执行CAS操作是需要对比该标记位，如果标记满足要求，则操作成功，否则操作失败。
Java原子变量的实现依赖于sun.misc.Unsafe的CAS操作和volatile的内存可见性语义。
本文基于JDK1.7.0_67
java version "1.7.0_67"_
_Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_67-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.65-b04, mixed mode)
AtomicStampedReference是带整形版本号的原子引用类型，为了同时兼顾引用值和版本号，它定义了一个静态内部类Pair，AtomicStampedReference的相关操作都是对Pair内成员的操作。
private static class Pair<T> {
final T reference;
final int stamp;
private Pair(T reference, int stamp) {
this.reference = reference;
this.stamp = stamp;
}
static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp) {
return new Pair<T>(reference, stamp);
}
}AtomicStampedReference除了常规的sun.misc.Unsafe实例和pairOffset内存偏移量外，声明了一个volatile的Pair<T>成员，用于同时维护引用值和版本号。
// 成员变量unsafe是原子变量相关操作的基础
// 原子变量的修改操作最终有sun.misc.Unsafe类的CAS操作实现
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE = Unsafe.getUnsafe();
// 成员变量value的内存偏移值
private static final long pairOffset = objectFieldOffset(UNSAFE, "pair", AtomicStampedReference.class);
// 用volatile的内存语义保证可见性
// 保存引用值和版本号
private volatile Pair<V> pair;
// 获取指定域的内存偏移量
static long objectFieldOffset(sun.misc.Unsafe UNSAFE,
String field, Class<?> klazz) {
try {
return UNSAFE.objectFieldOffset(klazz.getDeclaredField(field));
} catch (NoSuchFieldException e) {
// Convert Exception to corresponding Error
NoSuchFieldError error = new NoSuchFieldError(field);
error.initCause(e);
throw error;
}
}由于AtomicStampedReference要同时维护引用值和版本号，因此很多操作变得复杂。
// 构造函数，初始化引用和版本号
public AtomicStampedReference(V initialRef, int initialStamp)
// 以原子方式获取当前引用值
public V getReference()
// 以原子方式获取当前版本号
public int getStamp()
// 以原子方式获取当前引用值和版本号
public V get(int[] stampHolder)
// 以原子的方式同时更新引用值和版本号
// 当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false
// 当期望版本号不等于当前版本号时，操作失败，返回false
// 在期望引用值和期望版本号同时等于当前值的前提下
// 当新的引用值和新的版本号同时等于当前值时，不更新，直接返回true
// 当新的引用值和新的版本号不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的版本号，返回true
// 该过程不保证volatile成员的happens-before语义顺序
public boolean weakCompareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedStamp,
int newStamp)
// 以原子的方式同时更新引用值和版本号
// 当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false
// 当期望版本号不等于当前版本号时，操作失败，返回false
// 在期望引用值和期望版本号同时等于当前值的前提下
// 当新的引用值和新的版本号同时等于当前值时，不更新，直接返回true
// 当新的引用值和新的版本号不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的版本号，返回true
public boolean compareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedStamp,
int newStamp)
// 以原子方式设置引用的当前值为新值newReference
// 同时，以原子方式设置版本号的当前值为新值newStamp
// 新引用值和新版本号只要有一个跟当前值不一样，就进行更新
public void set(V newReference, int newStamp)
// 以原子方式设置版本号为新的值
// 前提：引用值保持不变
// 当期望的引用值与当前引用值不相同时，操作失败，返回fasle
// 当期望的引用值与当前引用值相同时，操作成功，返回true
public boolean attemptStamp(V expectedReference, int newStamp)
// 使用`sun.misc.Unsafe`类原子地交换两个对象
private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val)public AtomicStampedReference(V initialRef, int initialStamp) {
pair = Pair.of(initialRef, initialStamp);
}构造函数，根据指定的引用值和版本号，构造一个Pair对象，并将该对象赋值给成员变量pair。
由于成员变量pair被volatile修饰，并且这里只有一个单操作的赋值语句，因此是可以保证原子性的。
public V get(int[] stampHolder) {
Pair<V> pair = this.pair;
stampHolder[0] = pair.stamp;
return pair.reference;
}真个函数很有意思，同时获取引用值和版本号。由于Java程序只能有一个返回值，该函数通过一个数组参数int[] stampHolder来返回版本号，而通过return语句返回引用值。
public void set(V newReference, int newStamp) {
Pair<V> current = pair;
if (newReference != current.reference || newStamp != current.stamp)
this.pair = Pair.of(newReference, newStamp);
}只要新的引用值和新的版本号，有一个与当前值不一样的，就同时修改引用值和版本号。
public boolean compareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedStamp,
int newStamp) {
Pair<V> current = pair;
return
expectedReference == current.reference &&
expectedStamp == current.stamp &&
((newReference == current.reference &&
newStamp == current.stamp) ||
casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
}以原子的方式同时更新引用值和版本号。
当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false。
当期望版本号不等于当前版本号时，操作失败，返回false。
在期望引用值和期望版本号同时等于当前值的前提下，当新的引用值和新的版本号同时等于当前值时，不更新，直接返回true。由于要修改的内容与原内容完全一致，这种处理可以避免一次内存操作，效率较高。
当新的引用值和新的版本号不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的版本号，返回true
public boolean weakCompareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedStamp,
int newStamp) {
return compareAndSet(expectedReference, newReference,
expectedStamp, newStamp);
}以原子的方式同时更新引用值和版本号。该是通过调用CompareAndSet实现的。JDK文档中说，weakCompareAndSet在更新变量时并不创建任何happens-before顺序，因此即使要修改的值是volatile的，也不保证对该变量的读写操作的顺序（一般来讲，volatile的内存语义保证happens-before顺序）。
public boolean attemptStamp(V expectedReference, int newStamp) {
Pair<V> current = pair;
return
expectedReference == current.reference &&
(newStamp == current.stamp ||
casPair(current, Pair.of(expectedReference, newStamp)));
}修改指定引用值的版本号。
当期望的引用值与当前引用值不相同时，操作失败，返回fasle。
当期望的引用值与当前引用值相同时，操作成功，返回true。
private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, pairOffset, cmp, val);
}使用sun.misc.Unsafe类原子地交换两个对象。