关于CAS与LOCK FREE

关于CAS与LOCK FREE

最近又看到有人在搞LOCK FREE的东西，在群里问CAS是什么。
CAS在我的理解就是下面这段代码


{if( *pVal == oldVal )  { *pVal = newVal; return true;} return false;}

当然，CAS把这段代码做成了一个原子操作。

很多人看到这里，并不是十分理解，这个原子操作怎么去实现LOCK FREE。

一般CAS会封装成下面的形式

    bool cas32( int * pVal, int oldVal, int newVal );

pVal 表示要比较和替换数值的地址，oldVal表示期望的值，newVal表示希望替换成的值。在多线程中使用时，一般是下面这样。

    volitale int myValue;
    ......

    while( !cas32( &myValue, myValue, myValue+1 ) ) {
        ....
    }

这是什么意思呢？
我们知道，在多线程里面，如果多个线程同时在写一个变量，并且不进行同步的时候，这个变量的值就会不准确。比如两个线程同时在对一个变量进行+1操作的时候，他们分别需要进行三个操作，读入变量值（到寄存器），值+1，写入变量值（到变量内存地址）。这三个操作是无法保证原子性的，也就无法保证变量在读入，+1后，原变量没有被别的线程修改。
cas在这里做的实际上就是在变量没有被其他线程修改，或者被修改但是又恢复到我们期望读入的值的时候，修改变量的值。这句话很拗口，其实看CAS的参数就很容易理解，pVal传递进去的是变量的地址，cas通过这个来读取变量真实的值，oldVal传递的是变量在函数调用时的值，用来跟真实值进行比较，而newVal传递进去的是期望变量赋予的新的值。根据上面的cas的代码含义我们知道，当变量真实值不等于调用时的值的时候，是不会赋予变量新的值的。所以我们使用了一个WHILE来等待这个赋值成立。同时我们给与myValue一个volitale修饰，用意是让while中调用cas函数时，读取myValue的当前值，而不是寄存器中保存的值，以免变量值的“过期”，从而让这个cas可以在没有其他线程来修改myValue的时候执行成功，从而实现lock free的修改myValue。

在windows下，有专门的几个api来做cas这件事情，interlock开头的那些。当然，如果熟悉汇编，也可以自己去实现。