CAS 简介
CAS 是什么，它的英文全称是 Compare-And-Swap，中文叫做“比较并交换”，它是一种思想、一种算法。
在多线程的情况下，各个代码的执行顺序是不能确定的，所以为了保证并发安全，我们可以使用互斥锁。而 CAS 的特点是避免使用互斥锁，当多个线程同时使用 CAS 更新同一个变量时，只有其中一个线程能够操作成功，而其他线程都会更新失败。不过和同步互斥锁不同的是，更新失败的线程并不会被阻塞，而是被告知这次由于竞争而导致的操作失败，但还可以再次尝试。
CAS 被广泛应用在并发编程领域中，以实现那些不会被打断的数据交换操作，从而就实现了无锁的线程安全。
CAS 的思路
在大多数处理器的指令中，都会实现 CAS 相关的指令，这一条指令就可以完成“比较并交换”的操作，也正是由于这是一条（而不是多条）CPU 指令，所以 CAS 相关的指令是具备原子性的，这个组合操作在执行期间不会被打断，这样就能保证并发安全。由于这个原子性是由 CPU 保证的，所以无需我们程序员来操心。
CAS 有三个操作数：内存值 V、预期值 A、要修改的值 B。CAS 最核心的思路就是，仅当预期值 A 和当前的内存值 V 相同时，才将内存值修改为 B。
我们对此展开描述一下：CAS 会提前假定当前内存值 V 应该等于值 A，而值 A 往往是之前读取到当时的内存值 V。在执行 CAS 时，如果发现当前的内存值 V 恰好是值 A 的话，那 CAS 就会把内存值 V 改成值 B，而值 B 往往是在拿到值 A 后，在值 A 的基础上经过计算而得到的。如果执行 CAS 时发现此时内存值 V 不等于值 A，则说明在刚才计算 B 的期间内，内存值已经被其他线程修改过了，那么本次 CAS 就不应该再修改了，可以避免多人同时修改导致出错。这就是 CAS 的主要思路和流程。
JDK 正是利用了这些 CAS 指令，可以实现并发的数据结构，比如 AtomicInteger 等原子类。
源码：
/**
* Atomically sets the value to the given updated value
* if the current value {@code ==} the expected value.
*
* @param expect the expected value
* @param update the new value
* @return {@code true} if successful. False return indicates that
* the actual value was not equal to the expected value.
*/
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
复制代码Unsafe 本地方法
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
复制代码利用 CAS 实现的无锁算法，就像我们谈判的时候，用一种非常乐观的方式去协商，彼此之间很友好，这次没谈成，还可以重试。CAS 的思路和之前的互斥锁是两种完全不同的思路，如果是互斥锁，不存在协商机制，大家都会尝试抢占资源，如果抢到了，在操作完成前，会把这个资源牢牢的攥在自己的手里。当然，利用 CAS 和利用互斥锁，都可以保证并发安全，它们是实现同一目标的不同手段。
CAS 的语义
我们来看一看 CAS 的语义，有了下面的等价代码之后，理解起来会更加容易，因为代码实际上是一目了然的。接下来我们把 CAS 拆开，看看它内部究竟做了哪些事情。CAS 的等价语义的代码，如下所示：
/**
* 描述： 模拟CAS操作，等价代码
*/
public class SimulatedCAS {
private int value;
public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {
int oldValue = value;
if (oldValue == expectedValue) {
value = newValue;
}
return oldValue;
}
}
复制代码在这段代码中有一个 compareAndSwap 方法，在这个方法里有两个入参，第 1 个入参期望值 expectedValue，第 2 个入参是 newValue，它就是我们计算好的新的值，我们希望把这个新的值去更新到变量上去。
compareAndSwap 方法是被 synchronized 修饰的，我们用同步方法为 CAS 的等价代码保证了原子性。
接下来我将讲解，在 compareAndSwap 方法里都做了哪些事情。需要先拿到变量的当前值，所以代码里用就会用 int oldValue = value 把变量的当前值拿到。然后就是 compare，也就是“比较”，所以此时会用 if (oldValue == expectedValue) 把当前值和期望值进行比较，如果它们是相等的话，那就意味着现在的值正好就是我们所期望的值，满足条件，说明此时可以进行 swap，也就是交换，所以就把 value 的值修改成 newValue，最后再返回 oldValue，完成了整个 CAS 过程。
CAS 最核心的思想就在上面这个流程中体现了，可以看出，compare 指的就是 if 里的比较，比较 oldValue 是否等于 expectedValue；同样，swap 实际上就是把 value 改成 newValue，并且返回 oldValue。所以这整个 compareAndSwap 方法就还原了 CAS 的语义，也象征了 CAS 指令在背后所做的工作。
这类似于我们数据库乐观锁的实现，通过version字段来控制变量是否更新。在数据库乐观锁的实现中，我们一般指定某个字段，这里为version(int)。当我们需要更改某条记录时，会通过 update tablename set version = version +1, column_1 = val where version = version;
具体是个怎样的流程？下面说一下具体的实现步骤： 使用version字段控制版本后：
- 两人先查询该数据
select * from tablename where id = 1
此时两人查询到的数据一样 version = 0
- 两人都执行update，第一人执行update（因为mysql行锁的特性，两人不可能同时修改一条数据，所以update同一条数据的时候，是有先后顺序的，只有在第一个执行完update，才能释放行锁，第二个继续进行update）:
update tablename set column_1 = 1, version = version + 1 where id = 1 and version = 0
执行完成后，version字段值将变成1, 第二人执行update:
update order set price = 1, version = version + 1 where id = 1 and version = 0
此时的version的值已经被修改为1，所以第二人修改失败，实现乐观锁控制。