CAS，Compare and Swap即比较并替换，设计并发算法时常用到的一种技术。CAS有三个操作数：内存值V、旧的预期值A、要修改的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做并返回false。


CAS 算法大致原理是：在对变量进行计算之前(如 ++ 操作)，首先读取原变量值，称为 旧的预期值 A，然后在更新之前再获取当前内存中的值，称为 当前内存值 V，如果 A==V 则说明变量从未被其他线程修改过，此时将会写入新值 B，如果 A!=V 则说明变量已经被其他线程修改过，当前线程应当什么也不做；


问题：

--- ABA 问题

由于 CAS 设计机制就是获取某两个时刻(初始预期值和当前内存值)变量值，并进行比较更新，所以说如果在获取初始预期值和当前内存值这段时间间隔内，变量值由 A 变为 B 再变为 A，那么对于 CAS 来说是不可感知的，但实际上变量已经发生了变化；解决办法是在每次获取时加版本号，并且每次更新对版本号 +1，这样当发生 ABA 问题时通过版本号可以得知变量被改动过

JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference 类就提供了此种能力，其中的 compareAndSet 方法就是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。

-----循环时间长开销大

(所谓循环时间长开销大问题就是当 CAS 判定变量被修改了以后则放弃本次修改，但往往为了保证数据正确性该计算会以循环的方式再次发起 CAS，如果多次 CAS 判定失败，则会产生大量的时间消耗和性能浪费；如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升，pause指令有两个作用，第一它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引起CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提高CPU的执行效率。)

-----只能保证一个共享变量的原子操作

（CAS 只对单个共享变量有效，当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效；从 JDK 1.5开始提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作）

  1. Unsafe是CAS的核心类，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。

  2. valueOffset表示的是变量值在内存中的偏移地址，因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的原值的。

  3. value是用volatile修饰的，保证了多线程之间看到的value值是同一份。

AtomicInteger ：假设现在线程A和线程B同时执行getAndAdd操作：

  1. AtomicInteger里面的value原始值为3，即主内存中AtomicInteger的value为3，根据Java内存模型，线程A和线程B各自持有一份value的副本，值为3。

  2. 线程A通过getIntVolatile(var1, var2)方法获取到value值3，线程切换，线程A挂起。

  3. 线程B通过getIntVolatile(var1, var2)方法获取到value值3，并利用compareAndSwapInt方法比较内存值也为3，比较成功，修改内存值为2，线程切换，线程B挂起。

  4. 线程A恢复，利用compareAndSwapInt方法比较，发手里的值3和内存值4不一致，此时value正在被另外一个线程修改，线程A不能修改value值。

  5. 线程的compareAndSwapInt实现，循环判断，重新获取value值，因为value是volatile变量，所以线程对它的修改，线程A总是能够看到。线程A继续利用compareAndSwapInt进行比较并替换，直到compareAndSwapInt修改成功返回true。

整个过程中，利用CAS保证了对于value的修改的线程安全性。