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CAS概念
CAS的概念：CAS包含3个操作数：内存值V、旧的预期值A、要修改的新值B。当且仅当预期值A与内存值V相等时，将内存值V修改为B，否则什么都不需要做。
这是一种算法，用于在多线程写时保证一个变量的原子性。通过CAS可以更容易的实现一种类似乐观锁的机制来保证操作对象的安全。
以例子来说明，如果有一个n++操作，
1、首先要从主内存中取到n到工作cache中，
2、然后n+1的值赋给这个n，写道cache中。
3、最后在从cache中将这个值写入到主内存中。
CAS则需要在写入地址前加一步比较期望值的操作，
1、读取未修改的内存中的V值n，存一个旧的期望值A；
2、将要修改的新值B赋给n；
3、比较旧的期望值A与现在内存中的值V是否相同；
4、如果相同，将B值写入内存；
5、如果不相同，重复1、2、3操作；
它是如何避免多线程间的问题的？
假设有且只有两个线程，同时尝试修改值i，进行i=i+2操作；
线程1先完成操作，比较期望值，发现i没有被改动，进行把i+2写到内存中；
线程2之后再尝试进行操作，比较期望值发现，i变成了i+2;此时进行一个新的期望值对比重新进行赋值操作，此时erci比较期望值发现都是i+2，赋予最终结果i+2+2；
这样就算是一次线程安全的；当然不是完全安全，也存在一些问题：
CAS的问题
CAS虽然很高效地解决了原子操作，但是CAS仍然存在三大问题。ABA问题，循环时间长开销大，以及只能保证一个共享变量的原子操作。
1）ABA问题。因为CAS需要在操作值的时候，检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。
ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A→B→A就会变成1A→2B→3A。从Java 1.5开始，JDK的Atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法的作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
2）循环时间长开销大。自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。如果JVM能支持处理器提供的pause指令，那么效率会有一定的提升。pause指令有两个作用：第一，它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline），使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零；第二，它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（Memory Order Violation）而引起CPU流水线被清（CPU Pipeline Flush），从而提高CPU的执行效率。
3）只能保证一个共享变量的原子操作。当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方
式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。还有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如，有两个共享变量i＝2，j=a，合并一下ij=2a，然后用CAS来操作ij。从Java 1.5开始，JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。
原子类
对于Java中的多线程编程，如果想要保证原子性（原子性是指某个操作或者一系列操作要么都成功，要么都失败，不允许出现因中断而导致的部分成功或部分失败的情况。）除了使用加显示锁或者说Synchronized，另外还有一种是原子类，原子类大多基于CAS实现，以整数来说，相对于使用Synchronized修饰的int来说，使用AtomicInteger一般来说更具有效率；
AtomicInteger
以赋值为例，AtomicInteger通过volatile来保证其有序性和可见性，通过CAS来实现其原子性；
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
//从jdk底层拿到这个对象；Unsafe对象可用于在任意内存地址读取和写入数据。该类是可以直接对内存进行相关操作的，甚至还可以通过汇编指令直接进行CPU的操作。因此 绝不能将其传递给不受信任的代码。
private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();
private volatile int value;
//构造方法，使用初始化value
public AtomicInteger(int initialValue) {
value = initialValue;
}
//赋值操作
public final int getAndSet(int newValue) {
//这个U指unsafe对象，value为volatile修饰的值；方法源码见下文
return U.getAndSetInt(this, VALUE, newValue);
}
...
...
...
}
//@HotSpotIntrinsicCandidate注释方法特定于 HotSpot 虚拟机。
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final int getAndSetInt(Object o, long offset, int newValue) {
int v;
//通过getIntVolatile方法通过内存偏移量获取对象最新的值，
//然后调用cas方法，失败了就不断的重试获取对象新值然后CAS,直到cas成功为止
do {
v = getIntVolatile(o, offset);
} while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, newValue));
return v;
}
//可以看到上述cas操作底层为JDK的本地方法compareAndSetInt
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
int expected,
int x) {
return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
}
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final native boolean compareAndSetInt(Object o, long offset,
int expected,
int x);
除了AtomicInteger用于处理int，还有一些其他原子类；
AtomicBoolean
提供了一种原子性地读写布尔类型变量,类似于AtomicInteger，借助这个类型可以方便的实现TryLock；
AtomicLong
提供了原子性操作long类型数据；
AtomicReference类
提供了对象引用的非阻塞原子性读写操作，并且提供了其他一些高级的用法；
非阻塞的方式可以让其高效解决一些线程安全问题；比如ConcurrentHashMap；
它主要适用用于一些乐观锁场景，在一个线程在写入内存新值时，其他线程也可以进行一个同步运行的操作，而如果加锁，其他线程由于无锁而被迫阻塞，而CAS可以保证其他线程在无锁的情况下也是一种运行态；
以上的这些原子类均使用了volatile关键字+CAS算法无锁的操作方式来确保共享数据在多线程操作下的线程安全性。
volatile关键字保证了线程间的可见性，当某线程操作了被volatile关键字修饰的变量，其他线程可以立即看到该共享变量的变化。
CAS算，是通过操作CPU指令来得到保证的。CAS算法提供了一种快速失败的方式，当某线程修改已经被改变的数据时会快速失败。
当CAS算法对共享数据操作失败时，因为有自旋算法的加持，我们对共享数据的更新终究会得到计算。
如前面介绍CAS问题时所说，还有一个AtomicStampedReference；
AtomicStampedReference在构建的时候需要一个类似于版本号的int类型变量stamped，每一次针对共享数据的变化都会导致该stamped的增加（stamped的自增维护需要应用程序自身去负责，AtomicStampedReference并不提供），因此就可以避免ABA问题的出现，
AtomicArray
原子类的数组操作；
AtomicIntegerFieldUpdater
将对象中的一些值进行原子化转化操作，可以使用Atomic xxx FieldUpdater这种类来快速操作；
// 定义AtomicIntegerFieldUpdater，通过newUpdater方法创建
AtomicIntegerFieldUpdater<Alex> updater =
AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class, "id");
// 实例化User
User user1 = new User();
// ③ 原子性操作User类中的id属性
int result = updater.addAndGet(user1, 1);
assert result == 1;