java并发之CAS

一、什么是CAS

• CompareAndSwap(CAS)，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。

二、CAS的java实现

• 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。
• 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。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。

三、java原子类

• 原子类利用CAS 保证线程安全。

类型	具体类
Atomic* 基本类型原子类	AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean
Atomic*Array 数组类型原子类	AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
Atomic*Reference 引用类型原子类	AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference
Atomic*FieldUpdater 升级类型原子类	AtomicIntegerfieldupdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater
Adder 累加器	LongAdder、DoubleAdder
Accumulator 积累器	LongAccumulator、DoubleAccumulator

四、CAS优缺点

• CAS操作不会阻塞线程，如果CAS失败，可以一直进行尝试。可以减少线程上下文切换的消耗，但是如果CAS长时间一直不成功，可能会给CPU带来很大的开销。
• 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。
• CAS算法的实现需要读取内存中某时刻的数据并在当下时刻比较并交换，那么在比较并交换的过程中数据可能会变化。比如线程one从内存位置V中读出A，这时候线程two也从内存中读出A，并且线程two进行了一些操作将值改成了B，然后又将位置V的数据改成了A，这个时候线程one进行CAS操作发现内存位置V的数据仍然是A，然后线程one操作成功。 尽管线程one的CAS操作成功，但是并不代表这个过程就是没有问题的，这就是所谓的ABA问题。AtomicStampedReference原子类使用版本号来标记两次值相同的数据A，由于虽然值相同但版本号不同，从而规避了ABA问题。

五、代码

1.CAS实现一个自旋锁

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

public class SpinLockDemo {

    public AtomicReference<Thread> atomicThread = new AtomicReference<>();

    public void myLock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tcomes in(1)");
        while (!atomicThread.compareAndSet(null, thread)){
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\thas gotten spinLock(2)");
    }

    public void myUnLock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        atomicThread.compareAndSet(thread, null);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\thas released spinLock(3))");
    }

    public static void main(String[] args) {
        SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo();

        new Thread(() -> {
            spinLockDemo.myLock();
            try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            spinLockDemo.myUnLock();
        }, "threaA").start();

        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

        new Thread(() -> {
            spinLockDemo.myLock();
            try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            spinLockDemo.myUnLock();
        }, "threaB").start();
    }
}