使用AtomicReference实现延迟初始化是否具备线程安全性？

我们团队在讨论用AtomicReference实现延迟初始化的线程安全性时产生了争议：有同事认为首批执行的线程可能获取到null值，导致初始化失败。为此我写了如下测试代码——拆分get与compareAndSet操作是为了避免每次调用开销较高的costlyGetValue()方法，测试从未失败，想确认这个实现是否真的安全。

public class TestAtomicReference {
    static final AtomicReference<String> A = new AtomicReference<>();

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Callable<Integer> callable = () -> {
            lazyInit();
            return 0;
        };

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(50);

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            A.set(null);
            List<Future<Integer>> futures = executorService.invokeAll(Collections.nCopies(50, callable));
            futures.forEach(f -> {
                try {
                    f.get();
                } catch (Exception ignore) {
                }
            });
        }

        executorService.shutdown();
        executorService.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);
    }

    private static void lazyInit() {
        if (A.get() == null) {
            A.compareAndSet(null, costlyGetValue());
        }

        if (A.get() == null) {
            System.out.println("INIT FAILURE!");
        }
    }

    private static String costlyGetValue() {
        return "A";
    }
}

这个实现是线程安全的，绝不会出现初始化失败（即打印"INIT FAILURE!"）的情况，原因如下：

• AtomicReference的get()和compareAndSet()都是原子操作，且JVM保证这些操作的内存可见性：一个线程对AtomicReference的修改，其他线程能立即读取到最新值。
• 当多个线程同时进入lazyInit()：
  1. 第一个执行A.get()的线程会发现值为null，进而执行compareAndSet(null, costlyGetValue())，成功将A的值设置为"A"。
  2. 后续线程不管是在第一个线程完成CAS前还是后进入第一个if判断，当它们执行第二个A.get()时，结果必然不为null：要么A已经被第一个线程设置完成，要么自己执行CAS时发现A已经有值（CAS失败），但此时A的最新值已经存在。
• 就算多个线程同时调用costlyGetValue()，在当前测试里只是多生成了几个相同的字符串（字符串常量池会复用，实际额外开销极小），但最终只有一个线程能CAS成功，其他线程的CAS失败不会影响A的最终状态。

需要注意的是：如果costlyGetValue()是带有副作用的方法（比如创建独占资源、修改全局状态），那么这种实现会导致该方法被多次调用——如果不能接受这种情况，可能需要搭配同步块来控制；但如果只是单纯开销高但无副作用，这个实现完全可以放心使用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者PZ73