什么是CAS

是一種思想，是一種實現(xiàn)線程安全的算法莺匠，同時也是一條CPU指令，比如Compare and Swap這一條指令就能完成“比較并交換”原子操作。

CAS有三個操作數(shù)：內(nèi)存值V阳掐、預期值A、要修改的值B冷蚂，當且晉檔預期值A和內(nèi)存值V相同時缭保，才將內(nèi)存值修改為B，否則什么都不做蝙茶。最后返回現(xiàn)在的V值艺骂。
用大白話說就是：我任務V的值應該是A，如果是的話那我就把它改成B隆夯，如果不是A（說明被別人修改過了）钳恕，那我就不修改了。
這種思想最終通過調(diào)用CPU的一些特殊指令來實現(xiàn)蹄衷，這些指令由CPU保證了“比較和交換”兩個動作的原子性苞尝。

分析在java中是如何利用CAS的CPU指令實現(xiàn)“比較和交換”原子操作

讓我們來看看AtomicInteger是如何通過CAS實現(xiàn)并發(fā)下的累加操作的，以AtomicInteger的getAndAdd方法為突破口宦芦。

getAndAdd方法

public final int getAndAdd(int delta) {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}

可以看出宙址，這里使用了Unsafe這個類，這里需要簡要介紹一下Unsafe類：

Unsafe類

Unsafe是CAS的核心類调卑。Java無法直接訪問底層操作系統(tǒng)抡砂，而是通過本地（native）方法來訪問。不過盡管如此恬涧，JVM還是開了一個后門注益，JDK中有一個類Unsafe，它提供了硬件級別的原子操作溯捆。

AtomicInteger加載Unsafe工具丑搔，用來直接操作內(nèi)存數(shù)據(jù)

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
    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;

    public final int get() {
        return value;
    }

在AtomicInteger數(shù)據(jù)定義的部分厦瓢，我們還獲取了unsafe實例，并且定義了valueOffset啤月。再看到static塊煮仇，懂類加載過程的都知道，static塊的加載發(fā)生于類加載的時候谎仲，是最先初始化的浙垫，這時候我們調(diào)用unsafe的objectFieldOffset從Atomic類文件中獲取value的偏移量，那么valueOffset其實就是記錄value值在內(nèi)存中的偏移地址郑诺。
有了value在工作內(nèi)存中的偏移地址之后夹姥，我們就可以用unsafe直接操作這個地址了，通過這個地址我們可以獲取原值辙诞，也可以寫入新值辙售。
因為是修改工作內(nèi)存中的value值，所以value是用volatile修飾的飞涂，保證了多線程之間不會出現(xiàn)可見性的問題旦部。

接下來繼續(xù)看Unsafe的getAndAddInt方法的實現(xiàn)

// AtomicInter類
public final int getAndAdd(int delta) {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
// Unsafe類
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
}

我們看var5獲取的是什么，通過調(diào)用unsafe的getIntVolatile(var1, var2)封拧，這是個native方法志鹃，其實就是獲取var1中，var2偏移量處的值泽西。var1就是AtomicInteger曹铃，var2就是我們前面提到的valueOffset,這樣我們就從內(nèi)存里獲取到現(xiàn)在valueOffset處的值了。

現(xiàn)在重點來了捧杉，compareAndSwapInt（var1, var2, var5, var5 + var4）其實換成compareAndSwapInt（obj, offset, expect, update）比較清楚陕见，意思就是如果obj內(nèi)的value和expect相等，就證明沒有其他線程改變過這個變量味抖，那么就更新它為update评甜，如果這一步的CAS沒有成功，那就采用自旋的方式繼續(xù)進行CAS操作仔涩。

加法意味著只要在最新的值上加上我要加的值即可忍坷，我先取出工作內(nèi)存中最新的值（有volatile保證最新），然后進行“比對并交換”原子操作熔脂。比對成功說明我剛從工作內(nèi)存中取出的值是最新的佩研，可以往該值加上我要加的值。比對不成功霞揉，說明我剛剛取出工作內(nèi)存中的值的確是最新的旬薯，但不幸過后就被別的線程修改了，我比對的這一刻已經(jīng)不是最新的了适秩，所以我不能往該值加上我要加的值（加的話會導致加少）绊序，只能再次去工作內(nèi)存中獲取最新的值再加上硕舆，不釋放CPU，也就是在自旋骤公。
-->自旋+cas = atomicInteger

Unsafe類中的compareAndSwapInt本地方法

compareAndSwapInt.cpp

CAS思想在別的地方的體現(xiàn)

• 在數(shù)據(jù)庫更新操作中耗式，更新語句的where條件會帶上一個版本號胁住，若版本號不符合趁猴，則不進行更新操作。隨后再select出最新的版本號彪见，再嘗試去進行更新操作儡司。如此反復。

并發(fā)容器concurrenthashmap的put操作

缺點

• ABA問題
  可以通過版本號來解決
• 競爭激烈時余指，自旋時間可能會過長