简单理解CAS

1.什么是CAS？

CAS(Compare And Swap):比较并交换。它是一条CPU指令，可以在不加锁的情况下，原子性地完成比较和交换操作。

CAS有3个操作数：

• 需要读写的内存值：V
• 旧的预期值：A
• 更新值：B

具体操作流程如下：

当且仅当V（内存中）的值等于A（预期值）时，CAS才通过原子方式用B（新的值）来更新V的值，否则不执行更新。

2.CAS的执行过程

你也许要问：为什么还需要设计一个预期值A和V进行比较，而不直接交换V和B呢？

因为这样才可以在并发环境下完成正确的操作，我们想象一下这个场景：

线程1和线程2想共同完成对变量n的自增操作，它们的目标是将n从1加到100，但是我们知道n++或者++n都是线程不安全的，这时CAS就有了用武之地。

（1）初始时刻，我们设置n初始为1，那么预期值A也为1，因为是自增操作，所以更新值B设置为A+1.

（2）假设线程1先进行CAS的自增操作，发现预期值A和内存值V相等，所以用B来更新V的值。如下：

（3）接着线程2进行CAS操作，却发现V为2，A为1，A和V不相等，所以不能更新，而是进入一个循环来重新获取V的值赋值给A。

（4）线程2接下来进行第二次CAS操作，发现A和V相等，则更新V为3。如下：

（5）接着又轮到线程1，它先发现不能更新，接着将当前内存值赋值给A，A和V相等后继续完成自增操作。循环往复。

至此两个线程并发自增n就实现了，这一过程既不用加锁，也能实现并发安全。

3.CAS的缺陷

（1）ABA问题

并发环境下，假设初始条件是A，当一个线程再次修改时，发现还是A，修改成功；但是在此之前它可能先被修改为B，又被修改回了A，对此我们不得而知。

（2）循环时间开销大

当一个线程更新不成功，该线程会进入自旋状态，它会不断地尝试，如果长时间不能更新成功，就会给CPU带来很大的开销。

（3）只能保证一个变量的原子操作

CAS 保证的是对一个变量执行操作的原子性，如果对多个变量操作时，CAS 目前无法直接保证操作的原子性的。