CAS机制

ゝ一世哀愁。 2023-09-26 23:35 3阅读 0赞

### CAS机制 ###

*  1. CAS的定义
 *  2. CAS的主要功能
 *  3. 举例说明
 *   *  3.1 问题描述
     *  3.2 常见的解决方案
     *  3.3 使用CAS机制来解决
 *  4. 面临的共同问题
 *  5. 主要应用场景

# 1. CAS的定义 #

CAS是Java中**Unsafe类里面的一个方法**，它的全称是叫CompareAndSwap，比较并交换的意思。

# 2. CAS的主要功能 #

它的**主要功能**是能够去保证在**多线程**的环境下**对共享变量修改的一个原子性**。

# 3. 举例说明 #

## 3.1 问题描述 ##

![在这里插入图片描述][0838cf450d0448b1aea31aca9801884e.png]  
有一个成员变量叫state，它的默认值是0, 其中定义了一个方法叫doSomething()，这个方法的逻辑是先判断state是否为0，如果为0则修改为1。这个逻辑在单线程情况下看起来没有任何问题。但是在多线程的环境下，会存在原子性的问题。因为这里是一个典型的Read-Write的一个操作。

## 3.2 常见的解决方案 ##

一般情况下，我们会在doSomething()这个方法去加一个**Synchronized同步锁**来解决这样的一个原子性问题。但是**加同步锁一定会带来性能上的损耗**。

## 3.3 使用CAS机制来解决 ##

对于这一类的场景，我们可以使用**CAS机制来进行优化**。这个是优化之后的一个代码：

![在这里插入图片描述][0722e344eda145fd92e464334bab5445.png]  
在doSomething这个方法中，我们调用了unsafe类里面的compareAndSwapInt()方法来达到同样的目的。

这个方法有**四个参数**，分别是**当前对象实例**、**成员变量state在内存地址中的一个偏移量**，**预期值0**和**期望更改之后的值1**。

CAS机制会**比较state内存地址偏移量对应的值和传入的预期值0是否相等**。

如果相等就直接修改内存地址中state的值等于1，否则返回false，表示修改失败。而这个过程它是一个原子的，不会存在任何线程安全的问题。

# 4. 面临的共同问题 #

CompareAndSwap是一个native方法，实际上它最终还是会面临同样的问题，就是**先从内存地址中读取state值**，然后**再去比较**，最后**再去修改**。

这过程不管在什么层面去实现都会存在原子性问题。

所以在CompareAndSwap的底层实现里面，如果是在多核的CPU环境下会**增加一个Lock指令**来对缓存或者总线去加锁，从而去**保证比较和替换这两个操作的原子性**。

# 5. 主要应用场景 #

CAS主要是应用在一些并发场景里面，比较典型的使用场景有两个：

1.  **J.U.C里面的Atomic包里面的原子性实现**。比如说AtomicInteger和AtomicLong。
2.  **实现多线程对共享资源竞争的互斥性质**。比如AQS，ConcurrentHashMap以及ConcurrentLinkedQueue等。

**参考资料**：[【Java面试】并发编程面试被问：请你谈一下CAS机制？如何轻松搞定面试官][Java_CAS]

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