目录
什么是CAS
CAS 即 compare and swap，比较并交换。
CAS是一种原子操作，同时 CAS 使用乐观锁机制。
J.U.C中的很多功能都是建立在 CAS 之上，各种原子类，其底层都用 CAS来实现原子操作。用来解决并发时的安全问题。
另外本人整理收藏了20年多家公司面试知识点整理 ，以及各种Java核心知识点免费分享给大家，可以添加助手vx：bjmsb10 免费获取
并发安全问题
举一个典型的例子i++
-
public class AddTest { -
public volatile int i; -
public void add() { -
i++; -
} -
}
通过javap -c AddTest可以看到add 方法的字节码指令：
-
public void add(); -
Code: -
0: aload_0 -
1: dup -
2: getfield #2 // Field i:I -
5: iconst_1 -
6: iadd -
7: putfield #2 // Field i:I -
10: return
i++被拆分成了多个指令：
- 执行
getfield拿到原始内存值； - 执行
iadd进行加 1 操作； - 执行
putfield写把累加后的值写回内存。
假设一种情况：
- 当
线程 1执行到iadd时，由于还没有执行putfield，这时候并不会刷新主内存区中的值。 - 此时
线程 2进入开始运行，刚刚将主内存区的值拷贝到私有内存区。 线程 1正好执行putfield，更新主内存区的值，那么此时线程 2的副本就是旧的了。错误就出现了。
如何解决？
最简单的，在 add 方法加上 synchronized 。
-
public class AddTest { -
public volatile int i; -
public synchronized void add() { -
i++; -
} -
}
虽然简单，并且解决了问题，但是性能表现并不好。
最优的解法应该是使用JDK自带的CAS方案，如上例子，使用AtomicInteger类
-
public class AddIntTest { -
public AtomicInteger i; -
public void add() { -
i.getAndIncrement(); -
} -
}
底层原理
CAS 的原理并不复杂：
- 三个参数，一个当前内存值 V、预期值 A、更新值 B
- 当且仅当预期值 A 和内存值 V 相同时，将内存值修改为 B 并返回 true
- 否则什么都不做，并返回 false
拿 AtomicInteger 类分析，先来看看源码：
我这里的环境是Java11，如果是Java8这里一些内部的一些命名有些许不同。
-
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable { -
private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L; -
/* -
* This class intended to be implemented using VarHandles, but there -
* are unresolved cyclic startup dependencies. -
*/ -
private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe(); -
private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value"); -
private volatile int value; -
//... -
}
Unsafe 类，该类对一般开发而言，少有用到。
Unsafe 类底层是用 C/C++ 实现的，所以它的方式都是被 native 关键字修饰过的。
它可以提供硬件级别的原子操作，如获取某个属性在内存中的位置、修改对象的字段值。
关键点：
-
AtomicInteger类存储的值在value字段中，而value字段被volatile -
在静态代码块中，并且获取了
Unsafe实例，获取了value字段在内存中的偏移量VALUE
接下回到刚刚的例子：
如上，getAndIncrement() 方法底层利用 CAS 技术保证了并发安全。
-
public final int getAndIncrement() { -
return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1); -
}
getAndAddInt() 方法：
-
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) { -
int v; -
do { -
v = getIntVolatile(o, offset); -
} while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta)); -
return v; -
}
v 通过 getIntVolatile(o, offset)方法获取，其目的是获取 o 在 offset 偏移量的值，其中 o 就是 AtomicInteger 类存储的值，即value， offset 内存偏移量的值，即 VALUE。
重点，weakCompareAndSetInt 就是实现 CAS 的核心方法
- 如果
o和v相等，就证明没有其他线程改变过这个变量，那么就把v值更新为v + delta，其中delta是更新的增量值。 - 反之 CAS 就一直采用自旋的方式继续进行操作，这一步也是一个原子操作。
分析：
- 设定
AtomicInteger的原始值为 A，线程 1和线程 2各自持有一份副本，值都是 A。
线程 1通过getIntVolatile(o, offset)拿到 value 值 A，这时线程 1被挂起。线程 2也通过getIntVolatile(o, offset)方法获取到 value 值 A，并执行weakCompareAndSetInt方法比较内存值也为 A，成功修改内存值为 B。- 这时
线程 1恢复执行weakCompareAndSetInt方法比较，发现自己手里的值 A 和内存的值 B 不一致，说明该值已经被其它线程提前修改过了。 线程 1重新执行getIntVolatile(o, offset)再次获取 value 值，因为变量 value 被 volatile 修饰，具有可见性，线程A继续执行weakCompareAndSetInt进行比较替换，直到成功
CAS需要注意的问题
使用限制
CAS是由CPU支持的原子操作，其原子性是在硬件层面进行保证的，在Java中普通用户无法直接使用，只能借助atomic包下的原子类使用，灵活性受限。
但是CAS只能保证单个变量操作的原子性，当涉及到多个变量时，CAS无能为力。
原子性也不一定能保证线程安全，如在Java中需要与volatile配合来保证线程安全。
ABA 问题
概念
CAS 有一个问题，举例子如下：
线程 1从内存位置 V 取出 A- 这时候
线程 2也从内存位置 V 取出 A - 此时
线程 1处于挂起状态，线程 2将位置 V 的值改成 B，最后再改成 A - 这时候
线程 1再执行，发现位置 V 的值没有变化，符合期望继续执行。
此时虽然线程 1还是成功了，但是这并不符合我们真实的期望，等于线程 2狸猫换太子把线程 1耍了。
这就是所谓的ABA问题
解决方案
引入原子引用，带版本号的原子操作。
把我们的每一次操作都带上一个版本号，这样就可以避免ABA问题的发生。既乐观锁的思想。
-
内存中的值每发生一次变化，版本号都更新。
-
在进行CAS操作时，比较内存中的值的同时，也会比较版本号，只有当二者都没有变化时，才能执行成功。
-
Java中的
AtomicStampedReference类便是使用版本号来解决ABA问题的。
高竞争下的开销问题
-
在并发冲突概率大的高竞争环境下，如果CAS一直失败，会一直重试，CPU开销较大。
-
针对这个问题的一个思路是引入退出机制，如重试次数超过一定阈值后失败退出。
-
更重要的是避免在高竞争环境下使用乐观锁。
另外本人整理收藏了20年多家公司面试知识点整理 ，以及各种Java核心知识点免费分享给大家，需要的 朋友可以添加助手vx：bjmsb10 免费获取；