深入理解CAS

Posted 2021-05-26 杀手不太冷！

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了深入理解CAS相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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深入理解CAS

深入理解CAS

CAS的定义

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

这样说或许有些抽象，我们来看一个例子：

CAS的例子

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

在这里插入图片描述

2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

在这里插入图片描述

3.在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

在这里插入图片描述

4.线程1开始提交更新，首先进行A和地址V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的实际值，提交失败。

在这里插入图片描述

5.线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A=11，B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

在这里插入图片描述

6.这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。

在这里插入图片描述

7.线程1进行SWAP，把地址V的值替换为B，也就是12。

在这里插入图片描述

从思想上来说，Synchronized属于悲观锁，悲观地认为程序中的并发情况严重，所以严防死守。CAS属于乐观锁，乐观地认为程序中的并发情况不那么严重，所以让线程不断去尝试更新。

4.CAS存在的问题

1.CPU开销较大

在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

2.不能保证代码块的原子性

CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用Synchronized了。

3.ABA问题

这是CAS机制最大的问题所在。

使用CAS实现一个线程安全的计数器

在这里插入图片描述

输出结果，如下图：

在这里插入图片描述

CAS计数器的全部代码如下:

package org.xzy;
/*
* 使用CAS实现一个线程安全的计数器
* */
public class CASTest {
    public static void main(String[] args) {
        CASCounter casCounter=new CASCounter();

        for(int i=0;i<1000;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(casCounter.incrementAndGet());
                }
            }).start();
        }
    }
}
class CASCounter{
    volatile private long value=0;
    public long getValue(){
        return value;
    }
    private boolean compareAndSwap(long expectedValue,long newValue){
        //如果当前value的值与期望的expectedValue的值一样，就把当前的Value字段替换为newValue值
        if(value==expectedValue){
            value=newValue;
            return true;
        }else{
            return false;
        }
    }
    //定义自增的方法
    public long incrementAndGet(){
        long expectedValue;
        long newValue;
        do{
            expectedValue=value;
            newValue=expectedValue+1;
        }while(!compareAndSwap(expectedValue,newValue));
        return value;
    }
}