[java并发设计]cas的原理

1.什么是cas？

cas 英文全称是Compare and Swap，翻译过来就是比较交换.

CAS操作包含三个操作数——需要读写的内存值（V）、预期原值[进行比较的值]（A）和新值（B）。如果V的值与A值匹配时，那么就将该内存位置的值更新为新值(B)，否则不做任何操作。

2.CAS原理

cas是通过处理器的CMPXCHG指令实现的。

image.png

CMPXCHG是汇编指令
作用：比较并交换操作数.
如：CMPXCHG r/m,r 将累加器AL/AX/EAX/RAX中的值与首操作数（目的操作数）比较，如果相等，第2操作数（源操作数）的值装载到首操作数，zf置1。如果不等， 首操作数的值装载到AL/AX/EAX/RAX并将zf清0
该指令只能用于486及其后继机型。第2操作数（源操作数）只能用8位、16位或32位寄存器。第1操作数（目地操作数）则可用寄存器或任一种存储器寻址方式。

2.CAS的缺点

CAS虽然可以很高效的解决原子操作问题，但它仍然存在三大问题。

(1).ABA问题

ABA问题产生的原因：CAS操作的时候需要检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则进行更新，但如果一个值原来是A，接着变成B，后来又变成A，在CAS操作的时候会发现它的值没有发生变化，但实际上值发生了变化。因此这种操作是有问题的。

解决思路：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自增，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且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作

因为Java中的CAS操作只是对CPU的cmpxchg指令的一层封装，它的功能就是一次只能原子的修改一个变量，可以加锁来解决这个问题。或者利用AtomicReference把多个变量放入一个对象中进行CAS操作。