一文了解CAS

什么是CAS？

CAS全程：Compare And Swap(比较并交换)，是乐观锁思想的一种体现，能在无锁的情况下保证线程安全。

Java中的CAS是由native方法实现的，底层通过硬件层面保证了CAS操作的原子性。

CAS是如何保证线程安全的？如下：

CAS操作会去比较工作内存中的旧值和内存中的预期值是否相等，相等才会将其改成新值。如下线程A来修改a，a旧值是100，去和主内存中的a比较，发现相等了，于是在工作内存进行a++操作并同步到主内存。

此时线程B也来修改a，但是旧值是100与主内存中101不相等，就会修改失败，CAS一般会搭配自旋，因此线程B会再次进行CAS，直至成功或者达到最大自旋次数。

CAS的优缺点？

CAS的优点就是无锁操作，线程不会阻塞，不用进行上下文切换，性能好。
缺点有ABA、循环时间过长性能开销、只能单变量原子性等问题。

ABA问题

ABA问题指如果一个值被修改了之后又被改回去了，那么CAS是无法发现值被修改了的。解决办法就是给数据加上一个版本号或者时间戳。
 

循环时间过长导致的性能开销

CAS自旋次数过多会给cpu带来很大的性能消耗。

解决思路是让 JVM 支持处理器提供的pause 指令。

pause 指令能让自旋失败时 cpu 睡眠一小段时间再继续自旋，从而使得读操作的频率降低很多，为解决内存顺序冲突而导致的 CPU 流水线重排的代价也会小很多。

只能保证单一变量的原子性

CAS操作无法保证多个变量的的原子性。

AtomicReference类保证对象的原子性，可以将多个变量放入对象中，对单一对象进行CAS操作。