比较与交换CAS

CAS

CAS 全称 Compare And Swap，比较与交换，是一种无锁算法。在不使用锁（没有线程被阻塞）的情况下实现多线程之间的变量同步。java.util.concurrent包中的原子类就是通过 CAS 来实现了乐观锁。

CAS 算法涉及的三个操作数：

• 需要读写的内存值 V
• 进行比较的值 A
• 要写入的新值 B

当 V=A 时，CAS 通过原子方式用新值B来更新V的值，否则不会执行任何操作。一般情况下，“更新”是一个不断重试的操作。

乐观锁的主要实现方式就是 CAS

Unsafe类

在Java中，Unsafe 类是 CAS 的核心类，存在于 sun.misc 包中，由于 Java 方法无法直接访问底层系统，需要本地（Native）方法来访问，Unsafe 相当于一个后门，其内部方法操作可以像 C 的指针一样直接操作内存。

Unsafe类中的所有方法都是native修饰的，也就是说Unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务。

CAS，是一条CPU并发原语。它的功能是判断内存某个位置是否位预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的。JVM会帮我们实现出CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原子操作。

原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，也就是说CAS是一条CPU的原子指令，不会造成数据不一致问题。

public final class Unsafe {
	...
    public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);
    public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
    public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);
    ...
}

CAS的问题

1. ABA问题，CAS需要在操作值的时候检查内存值是否发生变化，没有发生变化才会更新内存值。但是如果内存值原来是A，后来变成B，然后又变成了A，那么CAS进行检查时会发现值没有发生变化，但实际上是有变化的。ABA问题的解决思路就是在变量前面添加版本号，每次变量更新的时候都把版本号加一，这样变化过程就从“A-B-A“编程”1A-2B-3A“。
2. 循环时间长开销大，CAS操作如果长时间不成功，会导致其一直自选，给CPU带来非常大的开销。
3. 只能保证一个共享变量的原子操作，对一个共享变量执行操作时，CAS能够保证原子操作，但是多个共享变量操作时，CAS是无法保证操作的原子性。