概述

大家看下这张J.U.C包的实现示意图。清楚的说明了一个事实：CAS是并发包其他实现类的基础。可见它作为基础设施的重要性。

今天我们聊一下CAS这个话题。

背景

近年来，在并发算法领域的大多数研究都侧重于非阻塞算法，这种算法用底层的原子机器指令(例如：比较并交换、测试并设置、获取并递增）实现各种互斥，代替锁来确保数据在并发访问中的一致性！

非阻塞算法：

如果在某种算法中，一个线程的失败或挂起不会导致其他线程也失败或挂起，那么这种算法称为非阻塞算法。

如果在某个步骤中都存在某个线程能够执行下去，那么也被称作无锁算法-(Lock-Free)

什么是CAS

CAS 是一种系统原语，原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断！

CAS（V,E,N）

V：要更新的变量

E 预期值

N新值

如果V等于E则更新成N，否则什么都不做

有什么用

极大的减少调度开销。

不存在死锁、其他活跃性问题

怎么实现的呢

• 操作系统

在针对多处理器操作而设计的机器指令,用于管理对共享数据的并发访问。

早期处理器中支持的机器指令：

1）原子的测试并设置(Test-And-Set)

2）获取并递增

3）交换(Swap)

操作系统和JVM使用这些指令来实现锁和并发的数据结构。

竞争失败的锁不会被挂起，而是被告知竞争失败，可以再次尝试。它可以决定是否重新尝试，或执行一些恢复操作，也或者不执行任何操作；大大减少了与锁相关活跃性风险！！！

在大多数处理器架构中(包括IA32和Sparc)中采用的方法是比较并交换来实现CAS。

compare-and-Swap（比较并交换）是一种原子的读-改-写指令。

• Java内部的实现

java并发包内的atomic下的相关类是实现了CAS的。

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {

// See below for intrinsics setup to //support this

return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset,expect, update);

}

当且仅当V符合旧的预期值A时，处理器用新值替换B更新V；否则不执行更新，重试！

JDK1.5之后该操作由sun.misc.Unsafe里的compareAndSwapInt,compareAndSwapLong等几个方法包装提供，虚拟机内部对这些方法做了特殊处理，即使编译出来的结果就是一条平台相关的处理器CAS指令，没有方法调用的过程，或者可以认为是无条件内联进去了。

三大问题

• ABA问题
• 
  

A。

• 循环时间开销较大

自旋CAS如果长时间不成功，会造成极大的性能开销

• 只能保证一个共享变量的原子操作

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