java并发系列-CAS详解
CAS
什么是CAS
CAS意思为比较交换，是一条CPU原子指令，CAS实现了区别于sychronized同步锁中的一种乐观锁（synchronise是一种悲观锁思想，是一种互斥锁，我拿到资源就会攥在手里，其他的等着我释放吧，而CAS是重试机制，失败就再次重试），多个线程尝试使用CAS改变某一个变量的时候，只有其中一个线程能够更新变量的值，其它线程都会失败，失败的线程不会被挂起，而是告知这次竞争失败，并且再次尝试。虽然比较交换是两个动作，但是CAS在硬件层面上保证了比较并交换的原子性，其实CAS也算有锁操作的，只不过这个锁是有CPU来实现的，CPU使用对缓存加锁和总线加锁的方式保证多处理之间的原子操作。 相对于Synchronise来说对象加monitor来说，效果要好的多.
这里可以想一下java内存模型，共享变量存在主内存中，每个线程工作内存保存一个副本，CAS中的预期值其实就是变量的副本。当线程从主内存中获取变量的时候，主内存中的值可能被其他线程刷新，这个时候线程中保存的值和主内存中的值不一致失败，失败之后重新从主内存中读取值，进行循环操作。
使用示例
AutomicXXX系列类是最好的使用示例，我们看下AutomicInter中是如何在无锁情况下保证数据安全性的。
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(8);
//当前值为8，期望值为8，改成10 成功 输出true
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(8,10)+"目前的值为"+atomicInteger.get());
//当前值为10，期望值为8 改成20 失败 输出false
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(8,20)+"目前的值"+atomicInteger.get());
}
复制代码我们一起看下compareAndSet的底层
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
//本地方法，调用CAS源语实现，CPU指令保证原子性，一直等待取到的值
/**
* 1：this代表的是unsafe这个类
* 2：valueOffset:偏移量 valueoffset偏移量（从哪里来看下面的类说明），其实取到的就是目标值
* 3：expect:期望的值
* 4：update:更新的值
*整句话实现的语意是如果this内的value（偏移量得到）和expect相等，就证明没有其他线程改变过这个变量，那么就更新它为update，
* 没有成功的话没就采用自旋的方式继续进行CAS操作（感兴趣的小伙伴可以查看Hotspot源码具体试下过程，公众号程序员fly后面会出相
*文章，感兴趣的小伙伴可以关注下微信公众号）。
**/
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
/**
*AtomicInteger类定义的变量和静态块
*
**/
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
//valueOffset其实就是记录value的偏移量的
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
复制代码CAS问题
CAS就是个自旋锁，存在以下几个问题
ABA问题
CAS在操作值的时候，会检查值有没有变化，比如原来有一个值是A，然后变成B，之后又变成了A，使用CAS技术进行检查的时候会发现值并没有发生变化，但实际其实是发生了变化的，这就是著名的CAS的ABA问题。常规的解决思路其实是加版本号每次变化的时候将版本号+1。整体变化过程就变成了1A-2B-3A。JDK在1.5之后的AtomicStampedReference就实现了这种实现来解决ABA问题。（AtomicMarkableReference也能解决ABA问题，它是通过一个boolean标记来标识是否有修改，不再是版本号，思想上其实都类似）
循环开销问题
自旋CAS如果长时间不成功的话，会给CPU带来很多开销。
保证一个共享变量原子操作
当对一个共享遍历操作的时候，我们可以循环使用CAS来保证原子操作，但是对多个共享遍历进行操作的时候，循环CAS无法保证原子性，但是有一个取巧的方法就是:多个共享变量合成一个变量进行操作，读过线程池源码同学的都知道，线程池中线程的数量以及线程的状态会合并成一个共享变量操作（线程池源码文章请关注公众号程序员fly了解相关详情）。
闲谈
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