java#CAS

CAS介绍

CAS 称 自旋锁，无锁， 比较并换，不用加锁也能保证原子性
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，如果是则更改为新的值，这个过程是原子

CAS原理

     CAS操作由三个参数组成：内存地址V、期望值A和新值B。CAS操作的基本流程如下：
读取内存地址V中的当前值C。
如果C等于期望值A，则将新值B写入内存地址V中。
如果C不等于期望值A，则不做任何处理

CAS实现

    CAS并发原语体现在JAVA语言中就sum.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。再次强调，由于CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用范畴，是由若干条指令组成的，用于完成某个功能的一个过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，也是说CAS是一条CPU的原子指令，不会造成所谓的数据不一致问题。

Unsafe类

     Unsafe 是CAS的核心类，由于java方法无法直接访问底层系统，需要通过本地（native）方法来访问，Unsafe 相当于一个后门
，基于该类可能直接操作特定内存的数据，Unsafe 类存在于sum.misc 包中,其内部操作可以像C的指针一样直接操作内存，因为java
中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。
注意：Unsafe 类中的所有方法都是 （native）修饰的，也就是说Unsafe 类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务。

Unsafe 类部分代码
atomicInteger.getAndIncrement()的原理: 在Java中最底层是CompareAndSwap ，无限自旋，比较和交换。

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

//自旋锁，比较值是否相等，不等不进行更新
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
    }

CAS示例

  public static void main(String[] args) {
       AtomicInteger count=new AtomicInteger(5);
       System.out.print(count.compareAndSet(5,10)+"\t count"+count.get());
       System.out.print("\n"+count.compareAndSet(5,10)+"\t count"+count.get());
   }

结果：
true     count10
false     count10
Process finished with exit code 0

CAS缺点

1） CPU开销过大

在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很到的压力。

2） 不能保证代码块的原子性（只能保证一个共享变量的原子操作）

CAS机制所保证的知识一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用synchronized了。

3） ABA问题 
1线程A从主内存中拿了一份值 , 假如是10 , 它在自己的工作空间中打算进行修改了 (还没修改)
2这时线程B抢占了线程A , 它从主内存中将10取出来了, 它给修改成了22 , 放回主内存中了 , 但是呢 ,它感觉修改的不满意 , 又去主内存把那个22又取出来了 , 又给改成了10 , 然后走了
3这时线程A 去进行比较并交换 , 发现工作内存值和主内存值(期望值)是一样的都是10 , 就成功修改了, 但是 ! 注意 ! 线程A并不知道这个值中途被其他线程修改了 ! ! !