【Java】CAS

CAS

CAS：是 一条 特殊的 CPU 指令，其所做的工作就是 “比较和交换”。

CAS有3个操作数，内存值V，预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。当多个线程同时尝试使用CAS更新一个变量时，任何时候只有一个线程可以更新成功，若更新失败，线程会重新进入循环再次进行尝试。

CAS的巧妙之处：

• 之前的线程安全问题是：两个线程从内存中读取同一个值，导致操作覆盖。
• CAS能确保内存里面的那个值有没有被修改，不变才会进行操作，变了的话就会重新读取内存的值。

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CAS应用

1）实现原子类

这是Java标准库提供的基于CAS实现的原子类包

包底下有如下实现的原子类：
红框标注的是在开发中常用的原子类，其作用：就是对某一变量进行 ++ / -- 操作

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2）实现自旋锁

CAS实现自旋锁的伪代码：
当 owner 不为 null 的时候，循环就会一直执行下去，通过不断循环来实现 等待 效果

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CAS的ABA问题

CAS 在使用的时候，其关键部分就是：判定当前内存中的值是否是和寄存器中的值是一样的；如果是一样的，则进行修改；如果不一样，则不进行修改。

这里的“一样”，本质上是判定当前这个代码执行过程中，是否有其他线程穿插进来将变量给修改了

但是存在这种情况：比如初始时数值为0，在执行CAS之前，另一个线程把这个值从 0 改为了 100，而后又将 100 改为了 0。CAS是无法判断这种情况的

一般情况下是不会有问题的。

但能挑出来说，那就是不出意外的要出意外了：

如：在取钱的场景下，初始情况下账户余额有1000元，现要取500元。但在取钱的时候，ATM卡住了，取钱按钮按第一次没反应，又按了一下。
ATM中就创建了两个线程 t1 和 t2 来尝试进行扣款操作，该场景下期望其中一个线程操作成功，另一个操作失败。此处假定使用CAS的方法来扣款：

如图：t1 在执行完第一条指令后，t2 穿插了进来提前执行完整个指令，此时余额已经发生了变化，再轮到 t1 执行第二条指令时，因为余额发生了变化，t2 第二条指令就不会执行，直接跳出。在这种场景下，是没有问题的

但如若此时又穿插进来一个 t3 线程，给余额充值了 500，CAS是无法判断这种情况的，那么余额就会莫名少了 500

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解决 ABA 问题方案

1. 约定数据变化必须是单向的（只能增加或减少），不可以是双向的（不能既增加又可减少）
2. 对于本身就必须双向变化的数据，可以给它引入一个版本号（版本号是只能增加不能减少的）