并发编程-CAS

Java并发编程中，除了通过synchronized进行并发控制外，还可以通过CAS（Compare And Set）的方式控制，大家熟悉的ReentrantLock内部实现大量采用CAS进行控制。

什么是CAS

CAS是Compare And Set的缩写，是以一种无锁的方式实现并发控制。在实际情况下，同时操作同一个对象的概率非常小，所以多数加锁操作做的是无用功，CAS以一种乐观锁的方式实现并发控制。

CAS：给定内存中的期望值和修改后的目标值，如果实际内存中的值等于期望值，则内存值替换为目标值，否则操作失败。该操作具有原子性。

如何利用CAS实现对变量i++操作，保证线程安全：
1. 读取内存数据 j = i
2. CAS(j, j++)
3. 如果成功，返回，如果失败重新执行第一步直到成功。

由于第二步成功的概率很大，所以采用CAS的代价很小；当高并发情况下由于CAS采用自旋的方式对CPU会有较大的操作负担，所以可能会损耗部分CPU资源。

Java Concurrent

Java Concurrent包下大量使用CAS实现并发控制，比如Atomic*，ReentrantLock等。这里详细介绍下AtomicInteger的源码，来加深对CAS的理解。

AtomicInteger 源码

CAS操作被封装在Unsafe类下，由于需要直接操作内存值"value"，通过unsafe获取内存值"value"的内存地址（该地址是相对于AtomicaInteger对象的内存地址，Java会将AtomicaInteger对象的内存地址 + valueOffset映射成实际内存地址）。由于是相对内存地址，所以对于任意一个AtomicaInteger对象，该地址是固定的，只需要在static初始化时获取该地址即可。

累加操作

CAS

getAndAddInt操作需要三个操作，var1为内存对象，var2为该内存对象中需要操作的对象偏移量，var4为需要累计的delta量。

首先通过对象地址和相对地址获取内存数据var5即变量"value"，再通过compareAndSwapInt操作输入原值var5和目标值var5+var4，如果操作成功返回，操作失败重新读取内存数据再次进行compareAndSwapInt直到成功。

注意:对于CAS操作的内存对象必须具有可见性，即需要使用volitile进行修饰。

CAS解决并发的思路可以在很多场景中借鉴，在数据库使用中，可以采用这种方式来避免加锁操作（乐观锁）。