什么是 CAS 机制？

示例程序：启动两个线程，每个线程中让静态变量count循环累加100次。

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1. public class TestThreadAtomic {  
2.     private static Integer count = 0;  
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         for(int i = 0 ; i < 2 ; i++){  
5.             new Thread(new Runnable() {  
6.                 @Override  
7.                 public void run() {  
8.                     for (int j = 0; j < 100; j++) {  
9.                         try {  
10.                             Thread.sleep(1);  
11.                         } catch (InterruptedException e) {  
12.                             // TODO Auto-generated catch block  
13.                             e.printStackTrace();  
14.                         }  
15.                         count++;  
16.                     }  
17.                       
18.                 }  
19.             }).start();  
20.         }  
21.         try {  
22.             Thread.sleep(5000);  
23.         } catch (InterruptedException e) {  
24.             // TODO Auto-generated catch block  
25.             e.printStackTrace();  
26.         }  
27.         System.out.println(count);  
28.     }  
29. }  

最终输出的count结果是什么呢？一定会是200吗？

结果：177

加了同步锁之后，count自增的操作变成了原子性操作，所以最终的输出一定是count=200，代码实现了线程安全。

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1. public class TestThreadAtomic {  
2.     private static Integer count = 0;  
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         for(int i = 0 ; i < 2 ; i++){  
5.             new Thread(new Runnable() {  
6.                 @Override  
7.                 public void run() {  
8.                     for (int j = 0; j < 100; j++) {  
9.                         synchronized (count.getClass()) {  
10.                             try {  
11.                                 Thread.sleep(1);  
12.                             } catch (InterruptedException e) {  
13.                                 // TODO Auto-generated catch block  
14.                                 e.printStackTrace();  
15.                             }  
16.                             count++;  
17.                         }  
18.                     }  
19.                       
20.                 }  
21.             }).start();  
22.         }  
23.         try {  
24.             Thread.sleep(5000);  
25.         } catch (InterruptedException e) {  
26.             // TODO Auto-generated catch block  
27.             e.printStackTrace();  
28.         }  
29.         System.out.println(count);  
30.     }  
31. }  

结果：200

为什么这么说呢？关键在于性能问题。

Synchronized关键字会让没有得到锁资源的线程进入BLOCKED状态，而后在争夺到锁资源后恢复为RUNNABLE状态，这个过程中涉及到操作系统用户模式和内核模式的转换，代价比较高。

尽管Java1.6为Synchronized做了优化，增加了从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的过度，但是在最终转变为重量级锁之后，性能仍然较低。

所谓原子操作类，指的是java.util.concurrent.atomic包下，一系列以Atomic开头的包装类。例如AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong。它们分别用于Boolean，Integer，Long类型的原子性操作。

现在我们尝试在代码中引入AtomicInteger类：

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1. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
2.   
3. public class TestThreadAtomic {  
4.     private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);  
5.   
6.     public static void main(String[] args) {  
7.         for (int i = 0; i < 2; i++) {  
8.             new Thread(new Runnable() {  
9.                 @Override  
10.                 public void run() {  
11.                     for (int j = 0; j < 100; j++) {  
12.                         try {  
13.                             Thread.sleep(10);  
14.                         } catch (InterruptedException e) {  
15.                             // TODO Auto-generated catch block  
16.                             e.printStackTrace();  
17.                         }  
18.                         count.addAndGet(1);  
19.                     }  
20.   
21.                 }  
22.             }).start();  
23.         }  
24.         try {  
25.             Thread.sleep(5000);  
26.         } catch (InterruptedException e) {  
27.             // TODO Auto-generated catch block  
28.             e.printStackTrace();  
29.         }  
30.         System.out.println(count);  
31.     }  
32. }  

结果：200

使用AtomicInteger之后，最终的输出结果同样可以保证是200。并且在某些情况下，代码的性能会比Synchronized更好。

什么是CAS？

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

这样说或许有些抽象，我们来看一个例子：

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

3.在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

4.线程1开始提交更新，首先进行A和地址V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的实际值，提交失败。

5.线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A=11，B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

6.这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。

7.线程1进行SWAP，把地址V的值替换为B，也就是12。

从思想上来说，Synchronized属于悲观锁，悲观地认为程序中的并发情况严重，所以严防死守。CAS属于乐观锁，乐观地认为程序中的并发情况不那么严重，所以让线程不断去尝试更新。

CAS的缺点：

1.CPU开销较大

在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

2.不能保证代码块的原子性

CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用Synchronized了。

3.ABA问题

这是CAS机制最大的问题所在。

什么是ABA问题？怎么解决？我们下一期来详细介绍。