并发系列（四）-----CAS

一 简介

保证Java中的原子操做方式有两种方式
1 加锁（可以理解悲观锁机制）
2 CAS（可以理解为乐观锁机制）
CAS全称是Compare and Swap 即比较并替换。在JDK中许多地方都可以看到它的身影，比如AQS同步组件，Atomic原子类操作等等都是以CAS实现的。其中java.util.concurrent 中的许多概念源自 Doug Lea 的 util.concurrent 库，而Doug lea大神在同步组件中大量使用使用CAS技术鬼斧神工地实现了Java多线程的并发操作。

二 CAS原理

在CAS中有三个参数：内存值V、旧的预期值A，要更新的值B。更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。
来看一下Atomic包的源码中是如何使用的CAS，并分析它的原理
AtomicInteger的成员变量

 // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates 
 private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
 private static final long valueOffset;
 static {
    try {
        valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
    } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;

AtomicInteger的成员变量进行说明
1 Unsafe
Java语言不像C，C++那样可以直接访问底层操作系统，但是JVM为我们提供了一个后门，这个后门就是unsafe。unsafe为我们提供了硬件级别的原子操作 。
2 valueOffset
至于valueOffset对象，是通过unsafe.objectFieldOffset方法得到，所代表的是AtomicInteger对象value成员变量在内存中的偏移量。我们可以简单地把valueOffset理解为value变量的内存地址。
3 value
被volatile所修饰被volatile的特点就不在说明了上一篇文章已经提到过了。
AtomicInteger的compareAndSet()

/**
 * Atomically sets the value to the given updated value
 * if the current value {@code ==} the expected value.
 *
 * @param expect the expected value
 * @param update the new value
 * @return {@code true} if successful. False return indicates that
 * the actual value was not equal to the expected value.
 */
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
//Unsafe.class
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

这个方法是修改值的方法，参数要求传两个参数期望值和要更新的值，如果更新成功的话返回true，反之亦然。在方法内部调用的是Unsafe的compareAndSwapInt，传而unsafe的compareAndSwapInt方法参数包括了这三个基本元素：valueOffset参数代表了V，expect参数代表了A，update参数代表了B。

正是unsafe的compareAndSwapInt方法保证了Compare和Swap操作之间的原子性操作。

三 CAS的问题

1.ABA问题
因为CAS需要在操作值的时候，检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A→B→A就会变成1A→2B→3A。从Java 1.5开始，JDK的Atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类compareAndSet方法的作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查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。
2.循环时间长CPU开销大
自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销
3.只能保证一个共享变量的原子操做