美团终面：你确定CAS不加锁吗？

Posted 2023-03-08 Hollis Chuang

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了美团终面：你确定CAS不加锁吗？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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这是Hollis的第 416 篇原创分享

作者 l Hollis

来源 l Hollis（ID：hollischuang）

CAS大家都知道，这是一项乐观锁技术，是Compare And Swap的简称，顾名思义就是先比较再替换。

虽然他叫乐观锁，但是我们都知道它是不需要加锁的，在JDK1.5 中的JUC就是建立在CAS之上的。相对于synchronized这种阻塞算法，CAS是非阻塞算法的一种常见实现。所以J.U.C在性能上有了很大的提升。

我们以java.util.concurrent中的AtomicInteger为例，看一下在不使用锁的情况下是如何保证线程安全的。主要理解getAndIncrement方法，该方法的作用相当于 ++i 操作：

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable   


        private volatile int value;  


    public final int get()   
        return value;  
      


    public final int getAndIncrement()   
        for (;;)   
            int current = get();  
            int next = current + 1;  
            if (compareAndSet(current, next))  
                return current;  
          
      


    public final boolean compareAndSet(int expect, int update)   
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

getAndIncrement采用了CAS操作，每次从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作，如果成功就返回结果，否则重试直到成功为止。而compareAndSet利用unsafe的compareAndSwapInt方法实现的。

啥是Unsafe呢？

Unsafe是CAS的核心类。因为Java无法直接访问底层操作系统，而是通过本地（native）方法来访问。不过尽管如此，JVM还是开了一个后门，JDK中有一个类Unsafe，它提供了硬件级别的原子操作。

Unsafe是Java中一个底层类，包含了很多基础的操作，比如数组操作、对象操作、内存操作、CAS操作、线程(park)操作、栅栏（Fence）操作，JUC包、一些三方框架都使用Unsafe类来保证并发安全。

Unsafe类提供了硬件级别的原子操作，如CAS原子操作。

但是，大家有没有想过这样的问题：

硬件层面CAS又是如何保证原子性的呢？真的完全没加锁吗？

拿比较常见的x86架构的CPU来说，其实 CAS 操作通常使用 cmpxchg 指令实现的。

可是为啥cmpxchg 指令能保证原子性呢？主要是有以下几个方面的保障：

1. cmpxchg 指令是一条原子指令。在 CPU 执行 cmpxchg 指令时，处理器会自动锁定总线，防止其他 CPU 访问共享变量，然后执行比较和交换操作，最后释放总线。

2. cmpxchg 指令在执行期间，CPU 会自动禁止中断。这样可以确保 CAS 操作的原子性，避免中断或其他干扰对操作的影响。

3. cmpxchg 指令是硬件实现的，可以保证其原子性和正确性。CPU 中的硬件电路确保了 cmpxchg 指令的正确执行，以及对共享变量的访问是原子的。