cas技術(shù)守问，或者說設(shè)計(jì)思想，其實(shí)挺讓人著迷的体啰，至少對(duì)于我來說是如此荒勇，這些天一直在研究這一塊窿凤，今天寫寫針對(duì)cas的總結(jié)，會(huì)持續(xù)更新品姓；
cas（compare and swap）植酥，中文翻譯比較替換，大家又將它談為樂觀鎖，說到鎖赏酥，關(guān)于java里面太多了搬素，而且還是面試官特別喜歡問的，簡(jiǎn)直讓人頭皮發(fā)麻猪杭，和樂觀鎖比較最多的就是悲觀鎖（synchronized）了。除此之外還有偏向鎖需纳，輕量級(jí)鎖口蝠，重量級(jí)鎖眉反，自旋鎖播歼，類鎖雇初，數(shù)據(jù)庫里面還有表鎖刊橘，行鎖嘴纺，elasticsearch里面還有全局鎖闲擦，文檔鎖俺榆，樹鎖萍桌，redis中的分布式鎖等等寇损；
我們平時(shí)應(yīng)用多線程技術(shù)非常多矛市，比如網(wǎng)上商店賣一類商品，多個(gè)用戶同時(shí)去購買，列車賣票着憨，多個(gè)用戶同時(shí)購買同一車次的車票等等場(chǎng)景，這些都涉及到了一個(gè)問題惧眠，共享資源暮顺，在多個(gè)線程去訪問共享資源的時(shí)候或链，如何去保證共享資源的一致性？在操作系統(tǒng)里面有一個(gè)臨界區(qū)的概念筛婉，其實(shí)就是一個(gè)程序片段，這個(gè)片段在同一時(shí)刻挑庶，針對(duì)共享資源，只能一個(gè)線程去訪問率挣，這就是鎖旱眯。那么這個(gè)程序片段。對(duì)應(yīng)java里面是什么呢惨奕？是synchronized雹洗，被synchronized修飾過的程序片段，相當(dāng)于加了鎖覆醇，而這個(gè)鎖鞋仍，就是悲觀鎖肚豺。那么問題來了蛉威，如果一個(gè)系統(tǒng)中的共享資源是改多讀少的情況敢朱，加鎖為了保證數(shù)據(jù)的一致性無可厚非构灸，但是如果這個(gè)系統(tǒng)中的共享資源是讀多寫少的情況呢？要知道曹阔，無論是讀半开，還是寫，進(jìn)入該程序片段赃份，都是要加鎖的寂拆，而每加鎖一次這涉及到了系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間的切換，頻繁加鎖抓韩，釋放鎖纠永，這個(gè)代價(jià)是非常大的，所以我們提出了樂觀鎖的概念谒拴，樂觀鎖在應(yīng)用層尝江，其實(shí)是沒有鎖的。這也是CAS技術(shù)為什么多用于讀多寫少的應(yīng)用場(chǎng)景英上。
CAS是怎么做到?jīng)]有加鎖就能保證數(shù)據(jù)的一致性的呢茂装？
首先怠蹂，CAS有三個(gè)概念，分別是V少态，A，B易遣；V表示要修改的值彼妻，即共享資源，這個(gè)值可以是內(nèi)存中豆茫，可以是數(shù)據(jù)庫中侨歉，總之這個(gè)是你的共享資源，A表示更新的比較預(yù)期值揩魂，B表示即將要更新的新值幽邓。這么說可能有點(diǎn)不太理解，那么說說cas的操作流程就明白了火脉。流程：V為共享資源牵舵，多個(gè)線程要去操作V，每個(gè)線程會(huì)先讀取V的值倦挂，將值賦給A畸颅，其中一個(gè)線程要執(zhí)行更新操作，這個(gè)時(shí)候方援，會(huì)將這個(gè)線程的A值和現(xiàn)在內(nèi)存中的V值對(duì)比没炒，如果沒有變化，說明這個(gè)之前沒有別的線程修改（這里不涉及ABA問題犯戏，ABA問題可以通過時(shí)間戳或者版本解決）送火，于是將V的值更新為B，如果A值和V值不相等先匪，則不更新或者重新獲取A值种吸。
這就是CAS的設(shè)計(jì)，不過胚鸯，看到這里骨稿，大家有沒有想過，如果有兩個(gè)或者多個(gè)線程同時(shí)都經(jīng)過了第一次的V和A值比較呢姜钳？那么到了更新一步是不是會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況坦冠？因?yàn)楸容^和更新其實(shí)并不是原子操作。
我們來討論一下JAVA 8中是怎么解決這個(gè)問題的哥桥。
比較典型的原子操作對(duì)象辙浑，AtomicInteger，我們可以看一下里面的源碼拟糕，自增1是怎么實(shí)現(xiàn)的
public final int incrementAndGet() {
? ? for (;;) {
? ? ? ? int current = get();
? ? ? ? int next = current + 1;
? ? ? ? if (compareAndSet(current, next))
? ? ? ? ? ? return next;
? ? }
}
可以看到判呕，首先get（）從內(nèi)存中獲取內(nèi)存值倦踢，在使用之前，你要自己聲明一個(gè)volatile的所有線程可見變量侠草。接著辱挥，加1賦值給了next，接著將current和next傳給了compareAndSet函數(shù)边涕，如果成功晤碘，則返回next值，這個(gè)時(shí)候功蜓，current和next就是分別對(duì)應(yīng)上文的A园爷，B。繼續(xù)看compareAndSet是怎么保證原子操作的式撼。
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {?
? ? return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
? ? }
可以看到童社，這里直接把值傳給了unsafe的compareAndSwapInt方法，由它來保證原子操作著隆，這里我就不貼源碼分析了扰楼。我直接總結(jié)，這個(gè)unsafe其實(shí)是java中的jni（java native interface）技術(shù)調(diào)用另外語言的實(shí)現(xiàn)旅东，這里是*.cpp灭抑，名字太長，我用*代替抵代，這個(gè)操作呢其實(shí)是硬件層面的技術(shù)腾节，涉及到底層的匯編，總的來說就是進(jìn)入這個(gè)unsafe的函數(shù)后荤牍，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存運(yùn)行中案腺，同一時(shí)刻通過總線和緩存的鎖定，從而實(shí)現(xiàn)了比較和替換康吵，達(dá)到原子操作的目的劈榨，不得不說，看*.cpp文件是一件掉發(fā)的操作晦嵌，珍愛發(fā)型同辣，遠(yuǎn)離禿頭；
說了半天惭载，原來這里面最難的原子操作是在硬件層面呀旱函，那我們有沒有可能在應(yīng)用層就能實(shí)現(xiàn)呢？答案自然是有的描滔，這里我提供一個(gè)我自己的個(gè)人想法棒妨；
這里我采用的做法是調(diào)用已經(jīng)寫好的AtomicInteger來輔助。
1含长、聲明一個(gè)針對(duì)該共享資源的volatile int變量value券腔，初始化為0伏穆；
2、兩個(gè)或者多個(gè)線程進(jìn)入了第一步的V和A比較纷纫，獲取value值枕扫，這個(gè)時(shí)候，多個(gè)線程就變成了串行化涛酗，而不用加鎖铡原，因?yàn)関alue是嚴(yán)格排序的；
3商叹、獲得value為1的線程執(zhí)行更新操作，操作完之后只泼，初始化為0剖笙，其余不為了1的線程重新獲取V值或者處理丟棄；
那么還有一個(gè)問題请唱，如果獲取到1的線程在執(zhí)行過程中死掉了怎么辦弥咪？如果死掉了，那么豈不是這里一直就停住了十绑，不能操作共享資源啦聚至？因?yàn)橹挥衯alue為1的線程才能進(jìn)入臨界區(qū)，所以本橙，在這里扳躬，我們還要設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間，如果超過設(shè)定時(shí)間甚亭，還是要?dú)⒌衄F(xiàn)在操作資源的線程贷币，重置value值為0和復(fù)原在此過程中改變的V值，以便讓其他線程進(jìn)入亏狰，當(dāng)然這種情況幾乎很少發(fā)生役纹，但還是得考慮。
ABA問題就是線程1的A值去比較V值暇唾，發(fā)現(xiàn)相等促脉，但是如果在這之前，線程2將V值改了策州，線程3又將V值改回來瘸味，那這樣其實(shí)A值和V值是相等的，但其實(shí)里面已經(jīng)有了變動(dòng)抽活，所以叫ABA問題硫戈，可以采用時(shí)間戳，在對(duì)比那一步下硕，加入了時(shí)間戳對(duì)比就可以了，或者如果是elasticsearch中可以采用版本號(hào)比較。
cas應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)做法分唾，大家也可以去看看disruptor框架的做法沧踏，里面提出了一個(gè)前門后門的概念，采用環(huán)形緩存做法洗搂，據(jù)說非常高效；
如果還有別的地方?jīng)]有考慮到，歡迎大家提出铸题，一起學(xué)習(xí)進(jìn)步。
