什么是CAS？
compare and swap：比较和交换
那java什么地方需要这个呢？先介绍下几个概念性的东西
原子性是什么？
原子性就是最小单位，原子性操作就是最小的操作，无法再进一步分割，这操作的结果只有2种，完成或者未完成。
例如 int a = 1，这种就是原子性操作。
而a++，这个就不是原子性操作，因为a++，会拆解为3步，读取a的值，a增加1，再把a的值刷新。
还是那个例子，2个线程，同时对一个变量a进行递增，每次+1，递增100次。当2个线程都执行完毕，a的结果不会是200，会小于200。
为什么会这样？
其实这就是上面说的原子性问题，一开始a=0，线程A启动，执行a++，但是a++总共有3步，当线程A读取a的值（此时为0），然后递增1（a值为1），这是线程B启动，读取a值，由于线程A的a值尚未刷新回去，所以线程B获取到的值依然是0，而不是1，最终执行完毕的结果，就已经不是我们想要的结果了。
解决办法有哪些？
根据上面的例子，多线程处理资源嘛，肯定第一时间就会想到加个锁，因为锁能保证一段代码块执行完毕，从而保证原子性。
但是，如果要执行的代码足够简单的时候，例如上面的只有个a++，使用锁的话，会十分浪费，性能也不高，因为一个线程获得了锁，其他线程都无法进行了。
所以，就需要用到了CAS
image.png
CAS其实就是实现一种乐观的自旋锁，相较于synchronize的悲观锁，没有阻塞状态，自然也就没有上下文的切换了，而线程状态的切换，耗时比CAS的自旋比较操作耗时大得多。
CAS的缺点
①ABA问题
简单地描述，就是值被中途修改过的问题。
变量a=0
线程A：执行a++
线程B：执行a=10，然后再a=0
有一种情况，当线程A已经读取了a的值(0)，然后线程B执行，a值先变为了10，后变回0，之后线程A再CAS，由于和预期一致，所以能赋值成功。
这种就是CAS的ABA问题，当然，如果我们不关心a值是否被改动过，只关心结果，那其实也无所谓。
解决方法就是加个版本戳。
②开销问题
成也自旋，败也自旋。当资源竞争足够大，成千上亿个线程去同时争一个资源，那其实大部分时候，大部分的线程都是在compare和重新获取的过程中，就会造成CPU的繁忙。
③只能保证一个共享变量的原子性
CAS的机制就是比较并且交换，只是针对一个资源。如果同时要保证多个资源的原子性，就不适合了，这时候就要用synchronize锁了。
那CAS用在什么地方？
其实JAVA的api包已经帮我们实现了很多了，我们只要拿来用就行，就是atomic的包，例如automicInteger。
调用过程
2101497-20200725163230608-1790748047.png
可以看到，最终就是调用compareAndSwapInt方法。它会用var1和var2先获取内存中AtomicInteger中的值，然后和传入的，之前获取的值var5做一下比较，也就是比较当前内存的值和预期的值是否一致，如果一致就修改为var5 + var4，否则就继续循环，再次获取AtomicInteger中的值，再进行比较并交换，直至成功交换为止。
我们假设两个线程交替运行的情况，看看它是怎样工作的：
初始AtomicInteger的值为0
线程A执行：var5 = this.getIntVolatile(var1,var2);获取的结果为：0
线程A被暂停
线程B执行：var5 = this.getIntVolatile(var1,var2);获取的结果为：0
线程B执行：this.compareAndSwapInt(var1,var2,var5,var5 + var4)
线程B成功将AtomicInteger中的值改为1
线程A恢复运行，执行：this.compareAndSwapInt(var1,var2,var5,var5 + var4)，此时线程A使用var1和var2从AtomicInteger中获取的值为：1，而传入的var5为0，比较失败，返回false，继续循环。
线程A执行：var5 = this.getIntVolatile(var1,var2);获取的结果为：1
线程A执行：this.compareAndSwapInt(var1,var2,var5,var5 + var4)，此时线程A使用var1和var2从AtomicInteger中获取的值为：1，而传入的var5为1，比较成功，将其修改为var5 + var4，也就是2，将AtomicInteger中的值改为2，结束。
网友评论