CAS原理详解

 本文包含知识点

• CAS是什么？
• CAS应用场景及原理
• CAS的不足

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 1.CAS是什么？

CAS是Compare And Swap的缩写，比较并更新，是非阻塞同步的实现原理，它是CPU硬件层面的一种指令，从CPU层面能保证"比较并更新"两个操作的原子性。CAS指令操作包括三个参数：内存值(内存地址值)V、预期值A、新值B，当CAS指令执行时，当且仅当预期值A和内存值V相同时，才更新内存值为B，否则就不执行更新，无论更新与否都会返回否会返回旧的内存值V，上述的处理过程是一个原子操作。用java代码等效实现一下CAS的执行过程：

/**
 * @description CAS等价代码
 **/
public class CASTest {

    //内存值
    private volatile int ramAddress;

    /**
     * @param exceptRecord 期望值
     * @return newRecord 新值
     **/
    public synchronized int compareAndSwap(int exceptRecord, int newRecord) {
        int oldRamAddress = ramAddress;
        if (oldRamAddress == exceptRecord) {
            ramAddress = newRecord;
        }
        return oldRamAddress;
    }
}

 2.CAS应用场景及原理

• 原子类：JUC包下的原子类，比如AtomicInteger原子类的incrementAndGet()方法
• 并发容器：比如ConcurrentHashMap的put()方法
• 乐观锁：比如数据库层面的乐观锁操作，我们通过版本号字段来实现

鉴于CPU操作是非常敏感的，一不小心就可能搞挂机器，所以像CAS这样的CPU指令集并没有向广大开发人员开放，在jdk中被封装在sun.misc.Unsafe类里面，主要体现在Unsafe类的compareAndSwapInt()、copareAndSwapLong()等几个方法包装提供，通过Unsafe工具类来直接操作内存。查看源码我们可以看到这几个方法都是native修饰符修饰的，表示本地方法，本地方法就是指方法的实现体不在当前文件，而是在用其它语言实现的文件中。下面以AtomicInteger原子类为例，简单剖析下源码：