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目录
一. CAS的概念
二. CAS的原理
三.标准库中的CAS
四. CAS的应用
（1）原子类的使用
（2） 自旋锁的实现
五. CAS的ABA问题
一. CAS的概念
CAS（Compare And Swap）机制是一种无锁的并发控制技术，用于多线程并发编程时数据在无锁的情况下保证线程安全安全运行。
- CAS是一个特殊的cpu指令，通过比较和交换的操作实现特定的功能
- 整个比较和交换过程必须在一个不可中断的指令中完成（单个cpu指令，本身具有原子性）
下面详细介绍这条特殊指令的原理
二. CAS的原理
CAS机制的实现取决于3个核心操作数：内存中的值A、寄存器中的值B、寄存器中的新值C。
boolean CAS(A,B,C) {if (&A == B) {&A = C;return true;}return false;}这是一段伪代码，用于表示CAS实现的逻辑
- 比较内存中的值A和寄存器中的值B是否相等，如果相等，将寄存器中的新值C和内存中的值A进行交换，并返回true
- 如果不相等，什么也不做，返回false
画图过程演示：
判断发现A和B的值相等，故交换A和C的值
注意：这里的交换可以理解为赋值，因为寄存器C中的数值，使用后会被清空
这里只是演示实现的步骤和机制，这些操作都是通过一条指令实现的（本身就具有原子性）
我们会发现，这一系列的操作，不会出现线程安全问题（原子性），以前的线程安全问题，都是通过通过加锁和解锁的步骤来解决，但是性能会降低，如果可以合理的使用CAS机制（不涉及加锁和解锁，也就不会涉及阻塞），这样效率会大大提高，这样的操作叫做无锁编程
三.标准库中的CAS
- CAS本身是cpu指令，操作系统对其进行了封装，JVM又对操作系统提供的API又进行了一次封装，放在了Unsafe包下
- Java标准库中，又对CAS的实现进行了封装，提供了一些原子类，让我们可以直接使用，隐藏底层 Unsafe 的复杂性。
Java标准库中的CAS实现主要通过 java.util.concurrent.atomic 包下的原子类完成。
四. CAS的应用
（1）原子类的使用
AtomicInteger 类（原子类）
常用方法
- getAndIncrement 方法，自增操作，类似于 i++。
- getAndDecrement 方法，自减操作，类似于 i--。
案例：在不使用锁的情况下实现两个线程的自增，并返回正确的值
public class Demo1 {//public static int count = 0;public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 50000; i++){count.getAndIncrement();}});Thread t2 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println("count = " + count);}
}
其中的CAS实现的过程，通过伪代码来展示
class AtomicInteger {private int value;public int getAndIncrement() {int oldValue = value;while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {oldValue = value;}return oldValue;} }
- 这样的实现过程，即使在两个进程同时执行的情况下，也不会出现线程安全的问题
- 在每次的赋值前提下，会有一步比较的过程，如果不是对的值，那么就不会进行交换（赋值）
（2） 自旋锁的实现
自旋锁伪代码：
public class Lock {private Thread owner = null;public void lock(){while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())){}}}
- 如果ower 为null，CAS返回true，说明资源没有被别的线程持有，那么跳出循环
- 如果ower不为null，CAS返回false，说明资源被别的线程持有，那么会继续循环（自旋）
通过这样的’忙等‘来实现等待的效果，缺点是会消耗掉很多的cpu资源
五. CAS的ABA问题
CAS无法区分数值有没有在变化的途中被修改过
数值从开始到结束一直都是A，还是从A=>B=>A（中间发生了变化）
这种情况类似于 "翻新机"，外表看上去和新的一样，但是内部的组件可能发生了更换
造成ABA问题的本质原因：线程执行的过程中，被其他线程穿插进来
举例说明：
- 有一个单链表 A->B->C，其中A为头节点
- 线程1：如果头节点为A，则执行删除头节点操作
- 线程2：执行两次删除头节点操作，再插入节点A
（1）线程2没有穿插进来：
（2）线程2穿插进来：
如果再执行线程1操作的途中，线程2穿插进来，导致线程1没有发觉，可能导致返回后的数据有误
解决方案：
- 约定数据的变化是单向的，只能增加或者删除，不能又是增加又是减少
- 对于必须要双向变化的数据，可以引入版本号的概念，在比较的时候不仅要比较内存中的值，还要比较版本号（只能增加，不能减少）
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