现代操作系统中，一般都提供了原子操作来实现一些同步操作，所谓原子操作，也就是一个独立而不可分割的操作。在单核环境中，一般的意义下原子操作中线程不会被切换，线程切换要么在原子操作之前，要么在原子操作完成之后。更广泛的意义下原子操作是指一系列必须整体完成的操作步骤，如果任何一步操作没有完成，那么所有完成的步骤都必须回滚，这样就可以保证要么所有操作步骤都未完成，要么所有操作步骤都被完成。
例如在单核系统里，单个的机器指令可以看成是原子操作（如果有编译器优化、乱序执行等情况除外）；在多核系统中，单个的机器指令就不是原子操作，因为多核系统里是多指令流并行运行的，一个核在执行一个指令时，其他核同时执行的指令有可能操作同一块内存区域，从而出现数据竞争现象。多核系统中的原子操作通常使用内存栅障（memory barrier）来实现，即一个CPU核在执行原子操作时，其他CPU核必须停止对内存操作或者不对指定的内存进行操作，这样才能避免数据竞争问题。
Win32 API中常用的原子操作主要有三类，一种是加1减1操作，一种是比较交换操作，另外一种是赋值（写）操作。
1. 原子加1减1操作
原子加减操作主要是对指定的变量进行加1或减1操作，原子加1操作API如下：
LONG InterlockedIncrement( LONG volatile* Addend);
执行原子加1操作，Addend的值会被加1，返回值为原始Addend加1后的值。需要注意的是，当操作结束后，如果再读取Addend的值不一定等于原始Addend加1后的值，因为这时有可能其他线程会修改Addend的值。
原子减1操作的API如下：
LONG InterlockedDecrement( LONG volatile* Addend);
执行原子减1操作，Addend的值会被减1，返回值为原始Addend减1后的值。和原子加操作一样，当操作结束后，如果再读取Addend的值不一定等于原始Addend减1后的值，因为这时有可能其他线程会修改Addend的值。
因此，在使用这类加1和减1的原子操作时，如果要取加1或减1后的值，一定要取返回值，不能去取原始变量的值。在《多核程序设计技术－通过软件多线程提升性能》一书的p190～191页中，也讲解了如何安全使用原子操作进行计数的例子，基本思想仍然是取原子操作的返回值。
2. 比较并交换操作（Compare and Swap, CAS）
比较并交换操作的作用是在一个原子操作内，先将目标值和老的值进行比较，如果相等就将新的值赋给目标变量。目的是为了防止将新的值赋给目标变量前，在读写操作之间目标变量遭到其他线程的修改。
CAS内部操作过程如下面的伪代码所示：
BOOL CAS(LONG *target, LONG new, LONG old) {
atomically { //以下操作为一个整体，是不可分割的
if (*target == old) {
*target = new;
return true;
}
else {
return false;
}
}
}
注意上面伪代码只是演示CAS的操作过程，实际上整个操作的实现都是不可分割的。
在微软API里，CAS原子操作对应的是InterlockedCompareExchange()和如果是交换指针，那么对应的操作是InterlockedCompareExchangePointer()。
InterlockedCompareExchange()带有全局的内存栅障，不带全局内存栅障的对应操作为InterlockedCompareExchangeAcquire()或者InterlockedCompareExchangeRelease()
InterlockedCompareExchange()函数的原型如下：
LONG InterlockedCompareExchange( LONG volatile*Destination, LONG Exchange, LONG Comperand );
这个操作是先将Comperand（相当于前面CAS的old参数）的值和Destination（相当于前面CAS的target参数）指向变量的值进行比较，如果相等就将Exchange相当于前面CAS的new参数）变量的值赋给Destination指向的变量。返回值为未修改前的Destination位置的初始值。
下面用AtomicCAS()来表示CAS操作，AtomicCAS的源代码实现如下：
BOOL AtomicCAS(LONG volatile *dest, LONG newvalue, LONG oldvalue)
{
LONG ret;
ret = InterlockedCompareExchange(dest, newvalue, oldvalue);
if ( ret == oldvalue )
{
return TRUE;
}
else
{
return FALSE;
}
}
CAS操作是一个最基本的原子操作，其他原子操作其实都可以由这个原子操作通过简单的算法来实现。比如前面讲过的原子加1操作就可以用如下代码实现：
LONG AtomicIncrement(LONG volatile *Target)
{
LONG Old;
do {
Old = *Target;
}while (!AtomicCAS(Target, Old + 1, Old));
return Old;
}
上面这段代码使用了一个循环来进行操作，因为每次执行完“Old = *Target;”这条语句后，有可能线程刚好发生切换，其他线程有可能修改掉Target的值，如果此时还将Old+1的值赋给Target的话，那么将发生错误，此时AtomicCAS操作将会失败，这时需要回滚（即重新循环）进行操作，直到AtomicCAS操作成功为止。
从上面的用CAS实现AtomicIncrement的代码也可以看出CAS的作用就是防止对共享变量两次操作之间进行线程切换，所以需要在一个原子操作内先将目标值和老的值进行比较，如果和老的值相等，表明没有其他线程修改过目标变量的值，此时将目标的值修改掉就安全了
3. 原子写操作
原子写操作的作用是对共享变量进行写操作，在微软的API中，原子写操作的对应函数为：
LONG InterlockedExchange( LONG volatile* Target, LONG Value);
InterlockedExchange的作用为将Value的值赋给Target指向的变量，返回Target指向变量未被赋值前的值。
下面用AtomicWrite()来表示原子赋值操作，
#define AtomicWrite(x, y) InterlockedExchange(x, y)
原子写操作也可以用前面的CAS操作来实现，代码如下：
LONG AtomicWrite(LONG volatile *Target, LONG Value)
{
LONG Old;
do {
Old = *Target;
}while (!AtomicCAS(Target, Value, Old));
return Old;
}
上面讲过的这些原子操作中，CAS原子操作属于比较复杂的原子操作，使用CAS原子操作编程又叫无锁编程。无锁编程的难度非常高，非专业人士请勿尝试。
原子加1减1操作是一类非常实用的原子操作，也是程序员比较容易掌握的原子操作，比如下面两篇文章中就使用了原子加1减1操作。
摘自：http://software.intel.com/zh-cn/blogs/2009/03/31/400001287/