Java当中如何理解CAS?

Java当中如何理解CAS?

• 如果线程的期望值跟物理内存的真实值一样，就更新值到物理内存当中，并返回true
• 如果线程的期望值跟物理内存的真实值不一样，返回是false，那么本次修改失败，那么此时需要重新获得主物理内存的新值

比较并交换：现在主内存的值为1 线程A和线程B此时将值拷贝到自己的工作内存当中 ，这时线程A挂起来 ，线程B进行执行相关操作，因期望值与主内存的值一致都为1，这时B可以进行操作就将值改为2，这时主内存的值就变为了2。这时A线程开始执行，发现期望值与内存值不一致。则A线程本次修改失败，然后需要重新获得主内存的新值，再进行比较期望值与主内存值是否一致，若一致开始进行A线程的操作。

1.1、CAS的底层原理是什么？

private volatile int value;

public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

• UnSafe类是CAS的核心类 由于Java 方法无法直接访问底层 ,需要通过本地(native)方法来访问,UnSafe相当于一个后面,基于该类可以直接操作特额定的内存数据.UnSafe类在于sun.misc包中,其内部方法操作可以向C的指针一样直接操作内存,因为Java中CAS操作的助兴依赖于UnSafe类的方法.
• 注意UnSafe类中所有的方法都是native修饰的,也就是说UnSafe类中的方法都是直接调用操作底层资源执行响应的任务
• 变量ValueOffset,便是该变量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
• 变量value和volatile修饰,保证了多线程之间的可见性.
• Unsafe类中的compareAndSwaplnt,是本地方法，该方法的实现位于unsafe.cpp中
  
  

原子整形之所以在i++这种多线程的环境下面，不用加synchronized，就凭着底层的Unsafe类也能来保证原子性，来保证线程安全，是因为Unsafe是CAS的核心类，CAS是比较并交换。Unsafe类是根据内存偏移地址来获取数据的。

1.2、CAS是什么?

• CAS的全称为Compare-And-Swap ,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,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的.
• CAS并发原语体现在Java语言中就是sun.miscUnSaffe类中的各个方法.调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我实现CAS汇编指令.这是一种完全依赖于硬件 功能,通过它实现了原子操作,再次强调,由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用于范畴,是由若干条指令组成,用于完成某个功能的一个过程,并且原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许中断,也即是说CAS是一条原子指令,不会造成所谓的数据不一致的问题.

1.3、CAS缺点

• 多次比较循环时间长开销很大

• 只能保证一个共享变量的原子性

  • 当对一个共享变量执行操作时，可以使用循环CAS的方式来保证原子操作
  • 但当我们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

• 引出来ABA问题

  • ABA问题就是当A线程挂起时间较长。此时B线程执行 将数据进行了修改，但还没当A线程开始执行时，又将数据修改了回去，这时A线程开始执行，发现数据没被修改（与原来数据对比）但在这当中其实在这挂起的期间，经过了多次的修改，这就是ABA问题

  • 使用AtomicStampedReference 可以帮助解决ABA问题。时间戳原子引用 ，就是增加时间戳，当时间戳跟要对比的时间戳不一致的话，就说明这个数据在中间被修改过。