Cas

一、什么是CAS

CAS，compare and swap的缩写，中文翻译成比较并交换。

一种算法，一种实现线程安全的算法
运用场合，并发
一种CPU指令
认为V的值应该是A，如果是的话那我就把它改成B，如果不是A(说明有人修改过)，那就不修改了，避免多人同时修改导致出错
CAS的三个操作数
- 内存值V
- 预期值A
- 要修改的值B

当前仅当内存值V等于预期值A时，于将内存值V修改为B，否则什么都不做。最后返回现在的V值

CPU的特殊指令
- 由CPU保证了原子性操作
- 一个指令就包含很多的一系列操作

二、案例演示

CAS的等价语义

/******@author 阿昌@create 2021-06-13 14:46********      模拟CAS操作，等价代码*/
public class SimulatedCAS {private int value;/*** 模拟CAS操作* @param expectedValue 期盼值* @param newValue 修改值* @return 旧值*/public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {int oldValue = value;if (oldValue == expectedValue) {value = newValue;}return oldValue;}
}

案例演示： 两个线程竞争,其中一个落败

/******@author 阿昌@create 2021-06-13 14:46********      两个线程竞争,其中一个落败*/
public class TwoThreadCompetition implements Runnable{private int value;/*** 模拟CAS操作* @param expectedValue 期盼值* @param newValue 修改值* @return 旧值*/public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {int oldValue = value;if (oldValue == expectedValue) {value = newValue;}return oldValue;}//主函数public static void main(String[] args) throws InterruptedException {TwoThreadCompetition r = new TwoThreadCompetition();r.value=0;//默认值Thread thread1 = new Thread(r,"线程1");Thread thread2 = new Thread(r,"线程2");thread1.start();thread2.start();thread1.join();thread2.join();System.out.println(r.value);}@Overridepublic void run() {compareAndSwap(0,1);}
}

三、应用场景

乐观锁

数据库version字段…

并发容器

如ConcurrentHashMap类中的putVal()方法…

原子类

那么Java中如何利用CAS实现原子操作？？？？接下来，用AtomicInteger作为例子分析

AtomicInteger加载Unsafe工具,用来直接操作内存数据
用Unsafe工具来实现底层操作
用volatile修饰value字段，保证可见性

以getAndIncrement()方法为例子

这里出现了我们上面的模拟CAS语义的compareAndSwapInt()方法↓↓↓

var5：返回的旧值

do-while是一个自旋，如果这次更新失败，他就会进行重试

发现，compareAndSwapInt()方法是被native修饰的

上面用到了很多Unsafe类，那么Unsafe类是什么？？？？

四、Unsafe类

以compareAndSwapInt()为例子，发现他是native修饰的方法，底层有C++代码实现

通过之前的方法，获取带了这个底层C++代码的实现，如下：

总结上面的：那么Java中如何利用CAS实现原子操作？？？？ 问题

五、CAS的缺点

1、ABA问题

什么是ABA问题呢？

就是说CAS操作就是比较当前值和期盼值是否相等，如果相等就修改为修改值；

比如当前值为5，期盼值为5，修改值为7；

那么如果线程A在判断比较当前值5和期盼值5相等后，在还没进行修改修改值时，期间有两个线程进来为线程B、线程C。线程B把当前值改为10，然后线程C把当前值改为5，那么就出现了ABA问题!!!

此时线程A还依然的任务这个当前值是没有被其他线程修改过的，但是实际上，当前值已经被修改了两次，但是其最终被修改的当前值结果等于线程A的期盼值的结果，也就是5=5；

那么如何解决ABA问题呢？

可以采用数据库的乐观锁方式，采用version版本号，每次修改就给version版本号+1

2、自旋时间过长

do-while的自旋循环，如果再次期间线程竞争激烈或锁一直拿不到，他就会一直自旋，消耗CPU性能

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