引言
最近有个读者问我什么是CAS，今天了不起来聊聊CAS(Compare And Swap)这个概念。
它在日常编程中非常有用，特别是在多线程编程中。
本篇文章将从原理介绍、源码分析、实战应用等方面进行阐述。
一、CAS原理介绍
CAS(Compare And Swap)是一种用于实现无锁并发算法的技术。
大多数时候它也还有其他叫法：无锁优化、自旋、乐观锁
它的核心思想是：通过比较当前需要修改的值与预期原来的值，如果相等，则使用新值进行替换。
这个过程是原子性的，它底层是靠C语言依赖的操作系统的原子操作来保证原子性的，即在这个过程中不会被其他线程打断。
在Java中，CAS操作主要是通过 java.util.concurrent.atomic包中的原子类来实现的，如 AtomicInteger、AtomicLong等。
原理示例
假设有一个整数变量 count，初始值为0。现在有两个线程A和B同时对 count进行加1操作。使用CAS操作可以确保 count最终的值为2。
- 线程A读取
count的值，得到0。 - 线程B读取
count的值，得到0。 - 线程A将
count的值与预期值0进行比较，相等，则将count的值更新为1。 - 线程B将
count的值与预期值0进行比较，不相等（因为已经被线程A更新为1），则重试。 - 线程B重新读取
count的值，得到1。 - 线程B将
count的值与预期值1进行比较，相等，则将count的值更新为2。
最终，count的值为2，实现了无锁并发操作。
二、源码分析
以 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger为例，这个类提供了一个原子的整数值，可以用于实现无锁的整数操作。我们来看一下它的 compareAndSet方法的源码：
public final boolean compareAndSet(int expect, int update){ return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); }
这里的 unsafe是一个 sun.misc.Unsafe类型的对象，它提供了底层的CAS操作。valueOffset是一个静态常量，表示 AtomicInteger内部的 value字段的内存偏移量。expect是预期值，update是新值。这个方法会返回一个布尔值，表示操作是否成功。
小结：
atomicXXX类
- Compare and Set/Swap 比较并且设定
- cas(V,Expected,NewValue)
-
if V == EV == New otherwise try again or fail
- CPU原语支持 atomic底层调用到UnSafe这个方法，三个参数V就是当前版本值，Expected期望值，NewValue赋予的新值。
只有当V等于E的时候才将新的值赋给这个变量，又因为它是原语支持是CPU级别的，是一个原子操作，所以在设值时不会有其他线程来插队设值。
三、实战应用
我们来看一个实际的例子，如何使用 AtomicInteger实现一个无锁的计数器。
public class Counter { /*volatile*/ //int count1 = 0; AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); /*synchronized*/ void m() { for (int i = 0; i < 10000; i++) //if count1.get() < 1000 count.incrementAndGet(); //count1++ } public static void main(String[] args) { Counter t = new Counter(); List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { threads.add(new Thread(t::m, "thread-" + i)); } threads.forEach((o) -> o.start()); threads.forEach((o) -> { try { o.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); System.out.println(t.count); } }
在这个例子中，我们创建了一个 Counter类，内部使用 AtomicInteger实现了无锁的计数，然后我们创建了10个线程，分别对计数器进行增加操作。最后我们输出计数器的值，可以看到它确实是10000，证明我们的无锁计数器是正确的。
四、CAS在日常中的应用场景
在实际开发中，我们可能会遇到以下几种使用CAS的场景：
- 无锁计数器 ：如上面的例子所示，我们可以使用CAS实现一个高效的无锁计数器，避免了使用同步锁带来的性能开销。
- 单例模式 ：我们可以使用CAS实现一种线程安全的单例模式，确保在多线程环境下只创建一个实例。
- 并发容器 ：在实现高性能的并发容器时，如
ConcurrentHashMap，我们可以使用CAS操作来实现无锁或低锁的数据结构更新。 - 多线程并发任务 ：在多线程并发执行任务时，我们可以使用CAS操作来确保任务状态的正确更新，例如实现一个无锁的任务分发器。
五、ABA问题
如果另一个线程修改V值，假设原来是A，先修改成B，再修改回成A。
当前线程的CAS操作无法分辨当前V值是否发生过变化，这个就是ABA问题。
解决：
- 在CAS的时候加版本号,每次操作比较下版本号
- 加 version
- A 1.0
- B 2.0
- A 3.0
- cas(version)
- 原子类 AtomicStampedReference解决ABA问题
- ABA问题重要不？如果是基本数据类型结果没影响，如果是引用对象就不好说了，比如你的女朋友和你复合，前面经过了多少个其他XXX，你觉得有影响不？
六、总结
了不起带着大家从原理介绍、源码分析、实战应用等方面讲解了CAS的相关知识。
通过本文的学习，相信你们已经对CAS有了一定的了解，掌握了如何在实际开发中应用CAS来解决并发问题。
当然，CAS并不是万能的，它也有一定的局限性，例如ABA问题。
在实际开发中，我们需要根据具体场景选择合适的并发策略。
