比较交换是一种无锁的并发策略，使用这种方式可以避免锁竞争带来的系统开销，以及线程间频繁调度带来的系统开销，因此具有比锁更好的性能。CAS算法如下：它包含3个参数CAS(V,E,N)，V代表要更新的变量，E代表预期值，N代表新值。仅当V值等于E时，才会将V设置为N，如果V不等于N，说明有其他线程对V进行了操作，则当前线程什么也不做。因此每一次只有一个线程会操作成功，其余的均会失败，失败的线程并不会被挂起，只是被告知失败，并会继续尝试，直到操作成功。
Java并发包中提供了一个atomic包，里面实现了一些CAS操作的线程安全的类型。
1.无锁的线程安全整数（AtomicInteger）内部实现分析(基于jdk1.8)：
private volatile int value;
value代表AtomicInteger的值，用volatile修饰，保证了线程间的可见性
private static final long valueOffset;
valueOffset保存了value字段在AtomicInteger对象上的偏移量，通过valueOffset可以定位到AtomicInteger对象value字段的位置，其实现如下：
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
常用方法举例：
public final int getAndIncrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
//当前值加1，并返回加1前的值
public final int getAndAdd(int delta) {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
//当前值加delta，并返回先前的值
public final int getAndDecrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1);
}
//当前值减1，并返回先前的值
public final int addAndGet(int delta) {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
}
当前值加delta，并返回加delta之前的值
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
如果当前值与预期值（expect）相等，则将当前值更新为新值（update）
public float floatValue() {
return (float)get();
}
将整型转化为float型
该类中的方法基本都调用unsafe实现，而unsafe中的方法底层采用c实现，比如：
public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset,int expect,int update);
类似的实现还有AtomicLong、AtomicBoolean、AtomicReference，此处不再赘述
2.存在的问题：
使用CAS操作无法判断当前数据的状态，当某个线程修改了value，下一个线程又把它修改回上一个线程修改前的值，那么之后线程并不知道它曾被修改过。即常说的ABA问题。
针对这种情况，JDK提供了AtomicStampedReference类，其内部同时维护对象值和一个时间戳。当AtomicStampedReference对象的值被修改时，除了要更新对象值之外，还要同时更新时间戳。当AtomicStampedReference设置对象值时，对象值和时间戳都要满足期望值，写入才会成功。因此即使对象值被写会原值，只要时间戳发生变化，就能防止不恰当的写入。
内部实现分析：
private volatile Pair<V> pair;
pair保存了对象值以及时间戳，Pair类源码如下：
private static class Pair<T> {
final T reference; //对象值
final int stamp; //用一个整数表示状态值，即时间戳
private Pair(T reference, int stamp) {
this.reference = reference;
this.stamp = stamp;
}
static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp) {
return new Pair<T>(reference, stamp);
}
}
以 compareAndSet方法为例：
/**
* Atomically sets the value of both the reference and stamp
* to the given update values if the
* current reference is {@code ==} to the expected reference
* and the current stamp is equal to the expected stamp.
*
* @param expectedReference the expected value of the reference
* @param newReference the new value for the reference
* @param expectedStamp the expected value of the stamp
* @param newStamp the new value for the stamp
* @return {@code true} if successful
*/
public boolean compareAndSet(V expectedReference,
V newReference,
int expectedStamp,
int newStamp) {
Pair<V> current = pair;
return
expectedReference == current.reference &&
expectedStamp == current.stamp &&
((newReference == current.reference &&
newStamp == current.stamp) ||
casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
}
当期望值与当前值相等，且期望时间戳和当前时间戳相等时，才会写入新值，并同时更新时间戳，casPair方法实现如下：
private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, pairOffset, cmp, val);
}
3.不安全类（unsafe）
Java不能直接访问操作系统底层，而是通过本地方法来访问，其中封装了一些类似指针的操作，使用unsafe类可以分配内存，释放内存，类中提供3个本地方法allocateMemory、reallocateMemory、freeMemory分别用于分配内存，扩充内存和释放内存
unsafe主要方法如下：
//获得给定对象偏移量上的int值
private native int getInt(Object o,long offset);
//设置给定对象偏移量上的int值
private native int putInt(Object o,long offset,int x);
//获得字段在对象上的偏移量
private native long objectFieldOffset(Field f);
//设置给定对象的int值，使用volatile语义
private native void putIntVolatile(Object o,long offset,int x);
//获得的给定对象的int值，使用volatile语义
private native int getIntVolatile(Object o,long offset);
//和putIntVolatile一样，不过它要求被操作字段就是volatile类型的
private native void putOrderedInt(Object o,long offset,int x);
JDK开发人员并不希望大家使用这个类，获得unsafe实例的方法是调用其工厂方法getUnsafe()，其实现如下：
public static Unsafe(){
Class cc=Reflection.getCallerClass();
if(cc.getClassLoader()!=null)
throw new SecurityException("Unsafe");
return theUnsafe;
}
调用该方法时，它会检查调用该方法的类，如果这个类的ClassLoader不为null，就直接抛出异常，拒绝访问。
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