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是带了整型标记值(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。
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。本文重点分析AtomicMarkableReference。
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)
AtomicMarkableReference是带布尔型标记为的原子引用类型，为了同时兼顾引用值和标记位，它定义了一个静态内部类Pair，AtomicMarkableReference的相关操作都是对Pair内成员的操作。
private static class Pair<T> {
final T reference;
final boolean mark;
private Pair(T reference, boolean mark) {
this.reference = reference;
this.mark = mark;
}
static <T> Pair<T> of(T reference, int mark) {
return new Pair<T>(reference, mark);
}
}AtomicMarkableReference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标记值。
// 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", AtomicMarkableReference.class);
// 用volatile的内存语义保证可见性
// 保存引用值和标记值
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AtomicMarkableReference要同时维护引用值和标记值，因此很多操作变得复杂。
// 构造函数，初始化引用和标记值
public AtomicMarkableReference(V initialRef, boolean initialMark)
// 以原子方式获取当前引用值
public V getReference()
// 以原子方式获取当前标记值
public int isMarked()
// 以原子方式获取当前引用值和标记值
public V get(boolean[] markHolder)
// 以原子的方式同时更新引用值和标记值
// 当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false
// 当期望标记值不等于当前标记值时，操作失败，返回false
// 在期望引用值和期望标记值同时等于当前值的前提下
// 当新的引用值和新的标记值同时等于当前值时，不更新，直接返回true
// 当新的引用值和新的标记值不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的标记值，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 expectedMark,
int newMark)
// 以原子的方式同时更新引用值和标记值
// 当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false
// 当期望标记值不等于当前标记值时，操作失败，返回false
// 在期望引用值和期望标记值同时等于当前值的前提下
// 当新的引用值和新的标记值同时等于当前值时，不更新，直接返回true
// 当新的引用值和新的标记值不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的标记值，返回true
public boolean compareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedMark,
int newMark)
// 以原子方式设置引用的当前值为新值newReference
// 同时，以原子方式设置标记值的当前值为新值newMark
// 新引用值和新标记值只要有一个跟当前值不一样，就进行更新
public void set(V newReference, int newMark)
// 以原子方式设置标记值为新的值
// 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 attemptMark(V expectedReference, int newMark)
// 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 AtomicMarkableReference(V initialRef, int initialMark) {
pair = Pair.of(initialRef, initialMark);
}构造函数，根据指定的引用值和标记值，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[] markHolder) {
Pair<V> pair = this.pair;
markHolder[0] = pair.markz;
return pair.reference;
}真个函数很有意思，同时获取引用值和标记值。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[] markHolder来返回标记值，而通过return语句返回引用值。
public void set(V newReference, int newMark) {
Pair<V> current = pair;
if (newReference != current.reference || newMark != current.mark)
this.pair = Pair.of(newReference, newMark);
}只要新的引用值和新的标记值，有一个与当前值不一样的，就同时修改引用值和标记值。
public boolean compareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedMark,
int newMark) {
Pair<V> current = pair;
return
expectedReference == current.reference &&
expectedMark == current.mark &&
((newReference == current.reference &&
newMark == current.mark) ||
casPair(current, Pair.of(newReference, newMark)));
}以原子的方式同时更新引用值和标记值。
当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false。
当期望标记值不等于当前标记值时，操作失败，返回false。
在期望引用值和期望标记值同时等于当前值的前提下，当新的引用值和新的标记值同时等于当前值时，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标记值不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的标记值，返回true
public boolean weakCompareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedMark,
int newMark) {
return compareAndSet(expectedReference, newReference,
expectedMark, newMark);
}以原子的方式同时更新引用值和标记值。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 attemptMark(V expectedReference, int newMark) {
Pair<V> current = pair;
return
expectedReference == current.reference &&
(newMark == current.mark ||
casPair(current, Pair.of(expectedReference, newMark)));
}修改指定引用值的标记值。
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。