这五个指令都是用来实现原子操作的，也就是在并发编程中保证线程安全的操作。

具体来说：

1. 测试并设置（Test-and-Set）指令是指在执行写操作之前，先读取一个值，并将这个值和一个预设的值进行比较，如果相等，则将一个新值写入该位置。这个指令常用于实现锁的获取操作，通过原子地测试并设置一个标志位，判断锁是否被占用，并将锁的状态设置为占用。

2. 获取并增加（Fetch-and-Increment）指令是指将一个内存位置的值加上一个给定的值，并返回加之前的原值。这个指令常用于实现计数器等数据结构，保证在并发修改时能够正确地增加计数器的值。

3. 交换（Swap）指令是指将一个内存位置的值和一个给定的值进行交换，并返回原来的值。这个指令常用于实现互斥量（Mutex）等同步原语，可以保证在多个线程之间交换互斥量的状态，从而实现同步。

4. 比较并交换（Compare-and-Swap，CAS）指令是指读取一个内存位置的值，与一个期望值进行比较，如果相等则将该位置的值更新为一个新值。CAS指令是实现乐观锁的基础，可以用来解决多个线程同时修改一个变量时出现的竞态条件问题。

5. 加载链接/条件储存（Load-Linked/Store-Conditional，LL/SC）指令是一对指令，LL指令用来读取内存中的值，并在处理器缓存中建立一个链接，SC指令用来检查缓存中链接对应的内存位置是否被修改过，如果没有则将新值写入该位置。LL/SC指令是实现一些复杂同步原语的基础，例如基于事务的内存模型。

测试并设置（Test-and-Set) 和 比较并交换（Compare-and-Swap，CAS）

测试并设置（Test-and-Set）和比较并交换（Compare-and-Swap，CAS）两种操作都是用于实现同步原语的硬件支持指令，但它们是有区别的。

Test-and-Set操作会原子性地将指定的内存位置设置为“已锁定”，并返回该位置在操作前的值。如果操作前的值为“已锁定”，则该操作会一直阻塞直到该位置变为“未锁定”。这种操作在多线程环境中可以用于实现互斥锁，即一个线程获取到锁之后，其他线程都必须等待该线程释放锁之后才能获取锁。

而CAS操作也是一种原子操作，它将指定内存位置的值与期望的值进行比较，如果相等则将该位置的值更新为新值，并返回更新前的旧值；否则不做任何操作，返回当前位置的值。这种操作在多线程环境中可以用于实现无锁算法，即多个线程可以同时访问共享资源而不需要使用锁进行同步，从而提高并发性能。

因此，虽然Test-and-Set和CAS操作都是用于实现同步原语的硬件支持指令，但它们的应用场景和使用方式是不同的。

交换（Swap）是什么？

交换（Swap）指的是将两个变量的值进行交换，通常需要使用一个中间变量来完成。而在硬件层面，交换指令可以直接完成这个操作，而且是原子性的。

下面是一个使用交换指令进行变量交换的示例代码：

public class SwapExample {private static int x = 10;private static int y = 20;public static void main(String[] args) {System.out.println("Before swap: x=" + x + ", y=" + y);swap();System.out.println("After swap: x=" + x + ", y=" + y);}private static void swap() {// 使用交换指令交换x和y的值int tmp = x;x = y;y = tmp;}
}

输出结果为：

Before swap: x=10, y=20
After swap: x=20, y=10

可以看到，使用交换指令可以非常方便地完成变量交换的操作。

交换（Swap）指令常用于实现互斥量等同步原语，因为它可以实现原子性操作，即在多个线程之间交换互斥量的状态时，保证操作的原子性和线程安全性。

考虑使用交换指令来实现互斥量的例子，假设有两个线程 A 和 B，它们都需要访问一个共享资源。在代码中，使用一个整型变量 mutex 来表示互斥量，当 mutex 的值为 0 时，表示共享资源没有被占用，可以被线程 A 占用，当 mutex 的值为 1 时，表示共享资源已经被占用，线程 A 必须等待线程 B 释放该资源后才能继续访问。

使用交换指令实现互斥量的代码如下：

int mutex = 0; // 初始值为 0// 线程 A 访问共享资源
while (true) {while (mutex == 1); // 等待共享资源被释放if (compareAndSwap(&mutex, 0, 1)) { // 使用交换指令尝试占用互斥量// 访问共享资源...// 释放互斥量swap(&mutex, 0); // 使用交换指令释放互斥量break;}
}// 线程 B 访问共享资源
while (true) {while (mutex == 0); // 等待共享资源被占用if (compareAndSwap(&mutex, 1, 0)) { // 使用交换指令尝试释放互斥量// 释放共享资源...break;}
}

在上述代码中，compareAndSwap() 函数是比较并交换指令，用于尝试占用或释放互斥量。当 mutex 的值为 0 时，compareAndSwap() 将 mutex 的值设置为 1，并返回原来的值；当 mutex 的值为 1 时，compareAndSwap() 不会修改 mutex 的值，并返回原来的值。通过不断地使用交换指令和比较并交换指令，可以实现线程间对共享资源的互斥访问，从而保证同步和线程安全性。

加载链接/条件储存（Load-Linked/Store-Conditional，LL/SC）指令是一对指令举例说明：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;public class SpinLock {private AtomicReference owner = new AtomicReference();private int count = 0;public void lock() {Thread current = Thread.currentThread();if (owner.get() == current) {++count;return;}while (!owner.compareAndSet(null, current)) {// spin}}public void unlock() {Thread current = Thread.currentThread();if (owner.get() != current) {throw new IllegalMonitorStateException("Calling thread has not locked this lock");}if (--count == 0) {owner.set(null);}}
}

LL/SC指令通常是在处理器的指令集中实现的，因此具体实现方式可能有所不同。下面是一个简单的示例，使用LL/SC指令来实现一个简单的自旋锁：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;public class SpinLock {private AtomicReference owner = new AtomicReference();private int count = 0;public void lock() {Thread current = Thread.currentThread();if (owner.get() == current) {++count;return;}while (!owner.compareAndSet(null, current)) {// spin}}public void unlock() {Thread current = Thread.currentThread();if (owner.get() != current) {throw new IllegalMonitorStateException("Calling thread has not locked this lock");}if (--count == 0) {owner.set(null);}}
}

这个自旋锁使用一个AtomicReference对象来存储锁的拥有者线程。当线程尝试获取锁时，它会先检查锁是否已经被当前线程持有，如果是，则直接增加计数器；否则，它会自旋地调用owner.compareAndSet(null, current)方法来尝试获取锁。该方法使用了LL/SC指令，它会先读取owner的值，并在处理器缓存中建立一个链接。然后，它会检查该值是否为null，如果是，则将其设置为当前线程并返回true，否则返回false。如果返回false，则说明有其他线程已经持有了锁，当前线程需要自旋等待。

当线程释放锁时，它会先检查锁是否已经被当前线程持有，如果不是，则抛出一个IllegalMonitorStateException异常。否则，它会将计数器减1。如果计数器为0，则说明锁已经完全释放，此时将owner设置为null。注意，这里不需要使用LL/SC指令，因为这个操作只需要在当前线程的处理器缓存中进行，不需要和其他处理器进行通信。