juc学习二（CAS底层原理）

Posted 2020-12-11 mabaoying

讲解线路：

CAS-->UnSafe-->CAS底层思想-->ABA-->原子引用更新-->如何规避ABA问题

CAS是什么

CAS的全称为Compare-And-Swap,即比较并交换，它是一条CPU并发原语。它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。

CAS并发原语体现在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，由于CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用语范畴，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，也就是说CAS是一条CPU的原子指令，不会造成所谓的数据不一致问题。

我们先来看看AtomicInteger源码，我们知道了AtomicInteger原子变量通过了用volatile修饰变量保证内存可见性，CAS（Compare-And-Swap）算法保证数据的原子性。

 

 我们看AtomicInteger中的getAndIncrement方法，其作用相当于i++，先取i的值，再自增一。它能在多线程的环境下保持数据原子性。它调用了UnSafe类的CompareAndSwapInt方法，this为当前AtomicInteger对象，valueOffeset为该变量值在内存中的偏移地址，因为UnSafe就是通过内存偏移地址获取数据。

 

 

var5为当前对象和内存偏移地址就可以获取当前物理内存值作为副本，然后再判断内存值与预期值，相等值加一，修改成功则跳出循环，否则一直自旋。

 

 

Unsafe类是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相当于一个后门吧，基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.misc包中，其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存，因为java中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。CAS底层靠的是Unsafe这个类来保证原子性。

注意：Unsafe类中的所有方法都是native修饰的，也就是说Unsafe类中的方法都是直接调用操作系统底层资源执行相应任务。

usafe.getAndAddInt

底层汇编

CAS小结

比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果相同则执行规定操作，否则继续比较直到主内存和工作内存的值一致为止。

CAS底层原理

Unsafe类+CAS思想（自旋）

CAS应用
CAS有三个操作数，内存值V，旧的预期值A,要修改的更新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

 CAS缺点

1.循环时间长，开销大

我们可以看到getAndAddInt方法执行时，有个do while。如果CAS比较失败，会一直进行尝试。如果CAS长时间一直不成功，可能会给CPU带来很大的开销。

 2.只能保证一个共享变量的原子操作

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁来保证原子性。

3.引出ABA问题？？？