多线程进阶：CAS机制
面试题:
- 讲解下你自己理解的 CAS 机制
- ABA问题怎么解决？
1、 什么是 CAS
CAS: 全称Compare and swap，字面意思:”比较并交换“，一个 CAS 涉及到以下操作：
我们假设内存中的原数据V，旧的预期值A，需要修改的新值B。
- 比较 A 与 V 是否相等。（比较）
- 如果比较相等，将 B 写入 V。（交换）
- 返回操作是否成功。
当多个线程同时对某个资源进行CAS操作，只能有一个线程操作成功，但是并不会阻塞其他线程,其他线程只会收到操作失败的信号。可见 CAS 其实是一个乐观锁。
2 、CAS 是怎么实现的
针对不同的操作系统，JVM 用到了不同的 CAS 实现原理，简单来讲：
- java 的 CAS 利用的的是 unsafe 这个类提供的 CAS 操作；
- unsafe 的 CAS 依赖了的是 jvm 针对不同的操作系统实现的 Atomic::cmpxchg；
- Atomic::cmpxchg 的实现使用了汇编的 CAS 操作，并使用 cpu 硬件提供的 lock 机制保证其原子性。
简而言之，是因为硬件予以了支持，软件层面才能做到。
3、 CAS 有哪些应用
可以用于实现自旋锁，演示代码：
public class SpinLock {
private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();
public void lock(){
Thread current = Thread.currentThread();
// 不放弃 CPU，一直在这里旋转判断
while(!sign .compareAndSet(null, current)){
}
}
public void unlock (){
Thread current = Thread.currentThread();
sign.compareAndSet(current, null);
}
}
用于实现原子类，示例代码：
public class AtomicInteger {
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
}
public class Unsafe {
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;
}
}
无锁编程:不使用锁，直接使用CAS来保证线程安全。
下边我详细介绍一下某个变量利用CAS进行 ++ 操作，
来看看下边伪代码：
int size = 0;// 成员变量
// 多线程调用 add
void add() {
int oldSize = size;
while(!CAS(&size,oldSize,oldSize +1)) {
oldSize = size;
}
}
对于线程1：
int oldSize = size;
while(!CAS(&size,oldSize,oldSize +1)) {
oldSize = size;
}
认为size 和 oldsize 相等就更新 size 值（说明没有被其他线程修改），并且返回true，循环结束。
对于线程2：
int oldSize = size;
while(!CAS(&size,oldSize,oldSize +1)) {
oldSize = size;
}
此时判断size 的值和oldSize不相等，不更新 size 值，并返回flase循环就要继续
int oldSize = size;
while(!CAS(&size,oldSize,oldSize +1)) {
oldSize = size;
}
此时 oldsize和size 相等此时修改size， 并且返回true，循环结束。
这个代码的本意就是，根据 oldSize 的值来判断读取 size 和修改size 之间是否被其他线程 改过了，但是也存在另外一种情况就是，在两个线程之间可能出现其他线程针对size 进行修改，，但是也有可能改了之后又被其他线程把size 给改回去。这也就是ABA问题。
标准库中也基于CAS封装了一些原子类：
4、CAS的缺点
a）CPU开销较大
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带来很大的压力。
b）不能保证代码块的原子性
CAS机制所保证的只是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。
c）ABA问题
CAS的缺陷就是区分不了这两种情况：
该线程看到size = 0；
1、size就没有修改过就是原来的值；
2、size 被别的线程改成了1，又被另一个线程修改为0.
这就是ABA问题。
解决ABA问题思路：
解决ABA最简单的方案就是给值加一个修改版本号，每次值变化，都会修改它版本号，CAS操作时都对比此版本号。