概念
CAS的全稱是Compare-And-Swap睡榆，它是cpu并發(fā)原語
它的功能是判斷內(nèi)存某個位置的值是否為預(yù)期值场航。如果是則更改為新的值缠导，這個過程是原子的CAS并發(fā)原語體現(xiàn)在java語言中就是sun.misc.Unsafe類的各個方法。調(diào)用UnSafe類中的CAS方法溉痢，JVM會幫我們實現(xiàn)出CAS匯編指令僻造，這是一種完全依賴于硬件的功能，通過它實現(xiàn)了原子操作孩饼，再次強調(diào)髓削，由于CAS是一種系統(tǒng)原語，原語屬于操作系統(tǒng)用于范疇镀娶，是由若干條指令組成立膛，用于完成某個功能的一個過程，并且原語的執(zhí)行必須是連續(xù)的梯码，在執(zhí)行過程中不允許被中斷宝泵，也就是說CAS是一條CPU的原子指令，不會造成所謂的數(shù)據(jù)不一致的問題轩娶，也就是說CAS是線程安全的儿奶。
代碼使用
首先使用AtomicInteger創(chuàng)建了一個實例，并初始化為5
// 創(chuàng)建一個原子類
AtomicInteger atomicInteger= new AtomicInteger(5)
然后調(diào)用CAS方法鳄抒，企圖更新成2019闯捎，這里有兩個參數(shù)搅窿，一個是5，表示期望值隙券，第二個就是我們要更新的值
atomicInteger.compareAndSet(5,2019)
然后再次使用了一個方法男应，同樣將值改為1024
atomicInteger.compareAndSet(5,1024)
完整代碼如下：
public class CASDemo {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建一個原子類
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
/**
* 一個是期望值，一個是更新值娱仔，但期望值和原來的值相同時沐飘，才能夠更改
* 假設(shè)三秒前，我拿的是5牲迫，也就是expect為5耐朴，然后我需要更新成 2019
*/
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019) + "\t current data: " + atomicInteger.get());
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 1024) + "\t current data: " + atomicInteger.get());
}
}
上面代碼的執(zhí)行結(jié)果為：
這是因為我們執(zhí)行第一個的時候，期望值和原本值是滿足的盹憎，因此修改成功筛峭，但是第二次后，主內(nèi)存的值已經(jīng)改成了2019陪每，不滿足期望值影晓，因此返回了false，本次寫入失敗
這個就類似于SVN或者Git的版本號檩禾，如果沒有人更改過挂签，就能夠正常提交，否者需要先將代碼pull下來盼产，合并代碼后饵婆，然后提交
CAS底層原理
首先我們先看看atomicInteger.getAndIncrement()方法的源碼
從這里能夠看到，底層又調(diào)用了一個unsafe類的getAndAddInt方法
unsafe類
Unsafe是CAS的核心類戏售，由于Java方法無法直接訪問底層系統(tǒng)侨核，需要通過本地（Native）方法來訪問，Unsafe相當(dāng)于一個后門灌灾，基于該類可以直接操作特定的內(nèi)存數(shù)據(jù)搓译，Unsafe類存在sun.misc包中，其內(nèi)部方法操作可以像C指針一樣直接操作內(nèi)存紧卒，因為Java中的CAS操作的執(zhí)行依賴于Unsafe類的方法侥衬。
注意Unsafe類的所有方法都是native修飾的，也就是說unsafe類中的方法都直接調(diào)用操作系統(tǒng)底層資源執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)
為什么Atomic修飾的包裝類跑芳，能夠保證原子性轴总，依靠的就是底層的unsafe類
變量valueOffset
表示該變量值在內(nèi)存中的偏移地址，因為Unsafe就是根據(jù)內(nèi)存偏移地址獲取數(shù)據(jù)的
從這里我們可以看到博个，通過valueOffset怀樟，直接通過內(nèi)存地址，獲取到值盆佣，然后進(jìn)行加1操作
變量value用volatile修飾
保證了多線程之間的內(nèi)存可見性
var5：就是我們從主內(nèi)存中拷貝到工作內(nèi)存中的值
那么操作的時候往堡，需要比較工作內(nèi)存中的值械荷，和主內(nèi)存中的值進(jìn)行比較
假設(shè)執(zhí)行 compareAndSwapInt返回false，那么就一直執(zhí)行 while方法虑灰，直到期望的值和真實值一樣
- val1：AtomicInteger對象本身
- var2：該對象值得引用地址
- var4：需要變動的數(shù)量
- var5：用var1和var2找到的內(nèi)存中的真實值
- 用該對象當(dāng)前的值與var5比較
- 如果相同吨瞎，更新var5 + var4 并返回true
- 如果不同，繼續(xù)取值然后再比較穆咐，直到更新完成
這里沒有用synchronized颤诀，而用CAS，這樣提高了并發(fā)性对湃，也能夠?qū)崿F(xiàn)一致性崖叫，是因為每個線程進(jìn)來后，進(jìn)入的do while循環(huán)拍柒，然后不斷的獲取內(nèi)存中的值心傀，判斷是否為最新，然后在進(jìn)行更新操作拆讯。
假設(shè)線程A和線程B同時執(zhí)行g(shù)etAndInt操作（分別跑在不同的CPU上）
- AtomicInteger里面的value原始值為3脂男，即主內(nèi)存中AtomicInteger的 value 為3，根據(jù)JMM模型往果，線程A和線程B各自持有一份價值為3的副本疆液，分別存儲在各自的工作內(nèi)存
- 線程A通過getIntVolatile(var1 , var2) 拿到value值3，這是線程A被掛起（該線程失去CPU執(zhí)行權(quán)）
- 線程B也通過getIntVolatile(var1, var2)方法獲取到value值也是3陕贮，此時剛好線程B沒有被掛起，并執(zhí)行了compareAndSwapInt方法潘飘，比較內(nèi)存的值也是3肮之，成功修改內(nèi)存值為4，線程B打完收工卜录，一切OK
- 這是線程A恢復(fù)戈擒，執(zhí)行CAS方法，比較發(fā)現(xiàn)自己手里的數(shù)字3和主內(nèi)存中的數(shù)字4不一致艰毒，說明該值已經(jīng)被其它線程搶先一步修改過了筐高，那么A線程本次修改失敗，只能夠重新讀取后在來一遍了丑瞧，也就是在執(zhí)行do while
- 線程A重新獲取value值柑土，因為變量value被volatile修飾，所以其它線程對它的修改绊汹，線程A總能夠看到稽屏，線程A繼續(xù)執(zhí)行compareAndSwapInt進(jìn)行比較替換，直到成功西乖。
Unsafe類 + CAS思想： 也就是自旋狐榔，自我旋轉(zhuǎn)
底層匯編
Unsafe類中的compareAndSwapInt是一個本地方法坛增，該方法的實現(xiàn)位于unsafe.cpp中
- 先想辦法拿到變量value在內(nèi)存中的地址
- 通過Atomic::cmpxchg實現(xiàn)比較替換，其中參數(shù)X是即將更新的值薄腻，參數(shù)e是原內(nèi)存的值
CAS缺點
CAS不加鎖收捣，保證一次性，但是需要多次比較
- 循環(huán)時間長庵楷，開銷大（因為執(zhí)行的是do while罢艾，如果比較不成功一直在循環(huán)，最差的情況嫁乘，就是某個線程一直取到的值和預(yù)期值都不一樣昆婿，這樣就會無限循環(huán)）
- 只能保證一個共享變量的原子操作
- 當(dāng)對一個共享變量執(zhí)行操作時，我們可以通過循環(huán)CAS的方式來保證原子操作
- 但是對于多個共享變量操作時蜓斧，循環(huán)CAS就無法保證操作的原子性仓蛆，這個時候只能用鎖來保證原子性
- 引出來ABA問題？
ABA問題
假設(shè)兩個線程T1和T2訪問同一個變量V挎春，當(dāng)T1訪問變量V時看疙，讀取到V的值為A；此時線程T1被搶占了直奋，T2開始執(zhí)行能庆，T2先將變量V的值從A變成B，然后又將變量V的值從B變成A脚线；此時T1又搶占了主動權(quán)搁胆，繼續(xù)執(zhí)行，它發(fā)現(xiàn)V的值還是A邮绿，以為沒有變化渠旁，所以就繼續(xù)執(zhí)行了。這個過程中船逮，變量V從A變?yōu)锽顾腊，再由B變?yōu)锳就形象的稱為ABA問題。
總結(jié)
--
CAS
CAS是compareAndSwap挖胃，比較當(dāng)前工作內(nèi)存中的值和主物理內(nèi)存中的值杂靶，如果相同則執(zhí)行規(guī)定操作，否者繼續(xù)比較直到主內(nèi)存和工作內(nèi)存的值一致為止
CAS應(yīng)用
CAS有3個操作數(shù)酱鸭，內(nèi)存值V吗垮，舊的預(yù)期值A(chǔ)，要修改的更新值B凛辣。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時抱既，將內(nèi)存值V修改為B，否者什么都不做
補充
參考：https://blog.csdn.net/longgeqiaojie304/article/details/89819316
1扁誓、CAS底層是匯編
Unsafe類中的compareAndSwapInt防泵，是一個本地方法蚀之，該方法的實現(xiàn)位于unsafe.cpp中
2、CAS會導(dǎo)致ABA問題
CAS算法實現(xiàn)一個重要前提需要取出內(nèi)存中某個時刻的數(shù)據(jù)并在當(dāng)下時刻比較并替換捷泞，那么在這個時間差內(nèi)會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的變化足删。
比如說一個線程one從內(nèi)存位置V中取出A，這個時候另一個線程two也從內(nèi)存位置V中取出A锁右，并且線程two進(jìn)行了一些操作將值變成了B失受，然后線程two又將V位置的數(shù)據(jù)變成A，這時候線程one進(jìn)行CAS操作時發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中仍然是A咏瑟，然后線程one操作成功拂到。
盡管線程one的CAS操作成功，但是并不代表這個過程就是沒有問題的码泞。
作者：柒
鏈接：https://www.cnblogs.com/qiuwenli/p/13516505.html
來源：cnblogs
