参考文档:
https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4976007.html

CAS(Compare and Swap)

一个CAS方法包含三个参数CAS(V,E,N)。V表示要更新的变量,E表示预期的值,N表示新值。只有当V的值等于E时,才会将V的值修改为N。如果V的值不等于E,说明已经被其他线程修改了,当前线程可以放弃此操作,也可以再次尝试次操作直至修改成功。基于这样的算法,CAS操作即使没有锁,也可以发现其他线程对当前线程的干扰(临界区值的修改),并进行恰当的处理

CAS的实现原理

CAS是通过Unsafe实现的,看下Unsafe下的三个方法:

public final native boolean compareAndSwapObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2, Object paramObject3);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt1, int paramInt2);
public final native boolean compareAndSwapLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2, long paramLong3);

Java无法直接访问底层操作系统,而是通过本地(native)方法来访问。JDK中有一个类Unsafe它提供了硬件级别的原子操作
这个类尽管里面的方法都是public的,但是并没有办法使用它们,JDK API文档也没有提供任何关于这个类的方法的解释。总而言之,对于Unsafe类的使用都是受限制的,只有授信的代码才能获得该类的实例,当然JDK库里面的类是可以随意使用的

CAS的应用

java.util.concurrent.atomic包下的原子操作类都是基于CAS实现的,下面拿AtomicInteger分析一下,首先是AtomicInteger类变量的定义:

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset; static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
} private volatile int value;

关于这段代码中出现的几个成员属性:

1、Unsafe是CAS的核心类
2、valueOffset表示的是变量值在内存中的偏移地址,因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的原值的
3、value是用volatile修饰的,这是非常关键的

举个栗子

public final int addAndGet(int delta) {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + delta;
if (compareAndSet(current, next))
return next;
}
}
public final int get() {
return value;
}

CAS的缺点

CAS看起来很美,但这种操作显然无法涵盖并发下的所有场景,并且CAS从语义上来说也不是完美的,存在这样一个逻辑漏洞:如果一个变量V初次读取的时候是A值,并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值,那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗?如果在这段期间它的值曾经被改成了B,然后又改回A,那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。这个漏洞称为CAS操作的"ABA"问题。java.util.concurrent包为了解决这个问题,提供了一个带有标记的原子引用类"AtomicStampedReference",它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。不过目前来说这个类比较"鸡肋",大部分情况下ABA问题并不会影响程序并发的正确性,如果需要解决ABA问题,使用传统的互斥同步可能回避原子类更加高效

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