CAS

Posted 2022-02-27 鸭猪是的念来过倒

1：CAS是什么？

比较并交换 （compareAndSwap），是一条CPU并发原语，是乐观锁技术的一种实现，当多个线程尝试使用CAS同时修改同一个变量时，只有其中一个线程能修改变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起或者结束，

而是继续尝试（循环比较）修改，直到修改成功

源码一览：

    public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) 
        int var5;
        do 
//获取数据
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
　　　　　　//比较数据 v1和v2找到值 和v5做比较
         while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
    

v1是当前对象，v2是内存地址偏移量，通过v1和v2可以查找到一个精确的数据并拷贝到自己线程工作区域内，然后根据这个数据和v5进行比较，只要是一致的，那么执行v5 + v4

当线程被切换过之后，那么此时，v5还是v5，但是v1和v2的值却不一定等于v5了，因为已经切换过其他线程，其他线程可能对这个v1和v2已经做了修改，如果做了修改，那么将继续循环比较，如此往复，直到成功

优点：

　　1：不加锁，通过unSafe类解决数据一致性问题

　　2：直接操作主内存 不存在数据不一致问题

　　3：通过自旋锁方式，对数据进行比较和交换

缺点：

　　1：自旋锁对cpu开销特别大

　　2：只能保证一个共享变量的原子操作

　　3：导致ABA问题

ABA问题：

　　两个线程通过cas操作同一个变量，当T1线程和T2线程都获得主内存X的时候，T1的期望值是A想要修改成B，但是T2线程快速的将主内存A修改为任意值，然后又将任意值修改回A，此时T1再次获取主内存 值的时候发现 还是A就做了修改。表面上程序是正常运行的，但是这个过程中这个值是存在多变的，不保证这个过程没有问题！

代码示例：

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;


public class test 
    static AtomicReference<Integer> atomicReference = new AtomicReference<>(100);

    public static void main(String[] args) 

        new Thread(() -> 
            atomicReference.compareAndSet(100,101);
            atomicReference.compareAndSet(101,100);
        ,"t1").start();


        new Thread(() -> 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                
                //在本次修改之前 其实数据已经被修改过，但是此处只做第一次和最后一次的比较，发现100=100，所以就直接继续修改完成
                System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2000) + " \\t getVaue:" + atomicReference.get());
            catch (Exception d)
                d.printStackTrace();
            
        ,"t2").start();
    

 

解决ABA问题：

　　通过 AtomicStampedReference来添加版号作为修改的依据，如下代码，只要ABA发生，数据则修改失败！

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;


public class test 
    static AtomicReference<Integer> atomicReference = new AtomicReference<>(100);
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(100,1);
    public static void main(String[] args) 

        new Thread(() -> 
            atomicReference.compareAndSet(100,101);
            atomicReference.compareAndSet(101,100);
        ,"t1").start();


        new Thread(() -> 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2000) + " \\t getVaue:" + atomicReference.get());
            catch (Exception d)
                d.printStackTrace();
            
        ,"t2").start();

        //处理ABA问题
        new Thread(() -> 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            catch (Exception e)
                e.printStackTrace();
            
            atomicStampedReference.compareAndSet(100,200,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);
            atomicStampedReference.compareAndSet(200,100,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);
        ,"t3").start();


        new Thread(() -> 
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();

            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            catch (Exception e)
                e.printStackTrace();
            

            boolean b = atomicStampedReference.compareAndSet(100, 500, stamp, stamp + 1);

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " \\t 版本号：" + stamp + ",当前版本号: "+atomicStampedReference.getStamp()+"修改结果：" + b
                    + ",实际值是：" + atomicStampedReference.getReference());
        ,"t4").start();