CAS Compare and Swap 比较后交换

Posted 2021-07-16 青冬

CAS Compare and Swap 比较后交换

序

since： 2019年8月25日 22:44
auth： Hadi
update：2021年5月16日 22:55

CAS ：Compare and Swap

字面意思就是比较后进行交换。在多线程中，经常有多个线程对一个公用变量进行值的更改和比较。那么在进行变量更改的时候，就必须考虑一致性的问题。

产生原因

当T1线程与T2线程在同时进行更改一个数据时，就会产生竞争的现象。如下图：

两个线程同时对一个变量进行++的操作，那么可能会导致取数时为1，进行各自local Memory的计算后写回主内存的时候都写为2。
那么最终得到的结果就为2，但真正的结果应该为3.

解决办法

当T1写入Main Memory的时候，进行预先判断，判断写入之前的值是否是我操作之前的值，如果是那么就进行写入。当T2进行写入的时候，采用同样的操作，却发现并不是我之前操作的值，那么就会重新read MainMemory中的这个值，并重新进行整个流程。

使用场景

• 自旋锁
• Unsafe类

在atomic类中，比如 atomicInteger.getAndIncrement(); 自增，没有加syn也没有出错

其直接调用了unsafe类的getAndAddInt方法(这个类， 内存地址， 自增值)，在atomic类中这样构造：

注意 unsafe使用Unsafe.getUnsafe()获得
valueOffset 是内存地址（偏移量）
而unsafe是 sun.misc 下的。
是CAS的核心类，由于Java方法无法直接访问底层系统，需要通过本地native 方法来访问，Unsafe相当于一个后门，基于该类可以直接操作特定的内存数据。

unsafe的内部方法可以向C的指针一样直接操作内存。
Native 修饰的方法，直接调用操作系统底层资源执行相应任务 某个.dll

那如果比较后，其他线程进行了更改怎么办？还是会导致写覆盖

CAS的全称为 CompareAndSwap 是一CPU并发原语
他的功能是判断内存某个位置的值，是否为预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的。

体现在JAVA语言中就是sun.misc.Unsafe类中的各个方法。调用Unsafe类中的CAS方法，JVM会帮我们实现出CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原子操作。再次强调，CAS是一种系统原语，是由若干条指令组成的，用于完成某个功能的一个过程。
并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，也就是CAS是一条CPU原子指令，不会造成所谓的数据不一致问题。

• AtomicInteger.getAndIncrement();
  

• unSafe
  

• compateAndSwap 其实应该是 对象，地址， 以前的值， 想要更改的值
  

为什么用CAS 不用syn

syn同一时间只允许一个线程访问。但CAS其实是多个线程允许一起访问的，且不会阻塞。

CAS的缺点

循环之间长，开销很大。
只能保证一个共享变量的原子操作。
引出来ABA问题。

ABA问题

可能当我比较的时候确实是原来的值，但其实在中途已经被更改过多次了，并不是原来的版本；在某些场景下必须进行版本的控制，则可以在此之上进行版本相关的控制。