CAS

2021-12-21 16:03:46 作者：互联网

CAS是什么

CAS是compare and swap的缩写中文翻译为比较并替换

我们都知道，在java语言之前，并发就已经广泛存在并在服务器领域得到了大量的应用。所以硬件厂商老早就在芯片中加入了大量直至并发操作的原语，从而在硬件层面提升效率。在intel的CPU中，使用cmpxchg指令。

在Java发展初期，java语言是不能够利用硬件提供的这些便利来提升系统的性能的。而随着java不断的发展,Java本地方法(JNI)的出现，使得java程序越过JVM直接调用本地方法提供了一种便捷的方式，因而java在并发的手段上也多了起来。而在Doug Lea提供的cucurenct包中，CAS理论是它实现整个java包的基石。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前值。）CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”

通常将 CAS 用于同步的方式是从地址 V 读取值 A，执行多步计算来获得新值 B，然后使用 CAS 将 V 的值从 A 改为 B。如果 V 处的值尚未同时更改，则 CAS 操作成功。

类似于 CAS 的指令允许算法执行读-修改-写操作，而无需害怕其他线程同时修改变量，因为如果其他线程修改变量，那么 CAS 会检测它（并失败），算法可以对该操作重新计算。

CAS的缺点

循环时间长资源占用问题，如果替换失败，线程会自旋，直到替换为止，会占用CPU资源
ABA问题
只能保证一个共享变量的原子操作

资源占用问题

//Unsafe.class
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;
    }

例如：getAndAddInt方法内部使用CAS，通过源码可知如果当前线程没有比较并替换成功，当前线程会循环执行下去直到替换成功，假如该线程一直未替换成功，那么此线程会一直执行下去，会占用CPU调度资源。

ABA问题

因为CAS需要在操作值的时候检查下主内存的值是否发生变化，如果没有发生变化就交换，但是假如一个值原先是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查的时候是未发现此值的变化的，但实际上它是变化的了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。

如何避免ABA问题

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。

public class CasDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(100, 1);
        //线程t1，负责完成ABA的执行
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "当前stamp：" + atomicStampedReference.getStamp());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            atomicStampedReference.compareAndSet(atomicStampedReference.getReference(),atomicStampedReference.getReference() + 1
                    ,atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);
            atomicStampedReference.compareAndSet(atomicStampedReference.getReference(),100
                    ,atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);
        },"t1").start();
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "当前stamp：" + atomicStampedReference.getStamp());
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            boolean result = atomicStampedReference.compareAndSet(atomicStampedReference.getReference(),atomicStampedReference.getReference() + 1
                    ,stamp, stamp + 1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行结果：" + result);
        },"t2").start();
        while (Thread.activeCount() > 2) {

        }
    }
}

标签：java,Thread,CAS,getStamp,线程,atomicStampedReference
来源： https://www.cnblogs.com/Nilekai/p/15715691.html