一、CAS的简单介绍
CAS的全称：“Compare And Swap”，字面意思是 “比较和交换”；一个CAS涉及到以下操作，有两个寄存器：A，SwapB，还有内存的值：AddressC。
先判断寄存器A是否和AddressC的值相同，相同，SwapB的值和AddressC的值进行交换，返回成功操作，否则返回失败操作。这里的交换值我们也可以理解成赋值操作，因为寄存器中的值我们不关心，用完就丢掉了，只关心内存中的值。
CAS逻辑（用伪代码来描述）
伪代码：
这里有两个寄存器：expectValue，swapValue，还有内存的值：address，初始化如图：
进入if语句，判断内存的值和寄存器e的值是否相等，如果相等，就交换寄存器swap和内存address的值，如图：
如图：
然后返回true，如果if条件不成立则返回false。
在计算机中，上述操作在计算机只是一条指令，因为单个指令的原因，所以CAS指令是原子的。
CAS指令不涉及到加锁，阻塞。基于CAS指令，合理使用的话，在多线程中，我们可以实现无锁编程；因为之前我们讨论并发编程的线程安全问题时，是通过加锁，阻塞这样方式解决线程安全问题，因为会有阻塞，所以性能也就会降低，用CAS指令实现无锁编程，也能保证线程安全，不涉及到阻塞，这样性能就能得到很大的提升，在多线程编程中打开了新世界的大门。
二、CAS在多线程中简单的使用
因为CAS是CPU的指令，有的cpu可能不支持CAS，但主流的CPU（x86，arm...）都是支持的。
CAS本身是CPU的指令，操作系统对其做了封装，jvm又对操作系统提供的api又做了一层封装。java中CAS的api是放在unsafe中的，这个包名的意思，顾名思义也是“不安全”的意思，一般在java中不建议使用，java的标准库中，对于CAS进行了进一步的封装，把CAS的一些操作封装成工具类，供程序猿使用。而主要的一个工具，叫做 “原子类”。
在 java.util.concurrent.atomic 包下，里面的类就是基于上述方式实现的，典型的类就是AtomicInteger类，里面有很多方法可以实现数值的自增、自减，以及基本的加减操作。下面的代码案例也是使用AtomicInteger展示。
我们以前写过一个代码，让两个线程实现一个变量自增10_0000次，如下代码是线程不安全。
public class AtomicIntegerTest1 { public static int count = 0; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { count++; } }); Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { count++; } }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println(count); } }
执行结果：
输出结果也和我们预期结果不同，肯定是线程不安全的，而原因就是因为count++操作不是原子的，在计算机中有三个指令。
这里，我们使用CAS的方式，来实现让两个线程实现一个变量自增10_0000次，代码如下
public class AtomicIntegerTest1 { public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { count.getAndIncrement();//和count++意思一样 } }); Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { count.getAndIncrement();//和count++意思一样 } }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println(count); } }
执行结果：
因为这里用CAS的方式，原本count++操作在计算机中有3条指令，不是原子的，肯定线程不安全；但是用CAS的方式就可以把像count++这样的操作，用一条指令完成，是原子的，在这里就不涉及到线程安全问题了。
AtomicInteger中有很多方法：自增，自减，+=，-=等待，这里就不展开讨论了。
三、原子类自增的代码分析
代码还是上述的代码，如下：
public class AtomicIntegerTest1 { public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { count.getAndIncrement();//和count++意思一样 } }); Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { count.getAndIncrement();//和count++意思一样 } }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println(count); } }
在标准库中，getAndIncrement方法是这样的：
这里比较难理解，我们用伪代码的形式介绍，伪代码如下：
当有两个线程对同一个变量进行自增操作时，执行流程是这样的：
这里的oldValue是寄存器中的值，它的值就是AtomicInteger括号里面初始化的值，value是内存中的值。从上到下，把内存value的值都赋值给oldValue，两个线程拿到的都是同一个内存value的值。
这时，右边的线程while循环里的判断，先执行CAS这里的操作，如图：
执行完CAS操作后返回true，然后while循环里true != ture，条件不成立，不执行while循环内的代码。
当左边线程进入while循环里面的判断语句时，如图：
也会进入CAS操作，这里因为内存value的值修改了，当前线程寄存器oldValue值还是0，给oldValue+1，会返回false，这时循环条件false != true成立，就会执行oldValue = value操作，如图：
再次进入循环条件里面执行CAS操作，这时候value == oldValue，所以会让oldvalue+1赋值给value，这时候value的值就是2了，如图：
所以，两个线程不管顺序是啥样的，使用getAndIncrement方法都不会出现线程安全问题，因为CAS操作本身就是原子的，原因的逻辑理解也大概是下面这样的：
如果cas不成功，会重复上面的操作，再次读取数据，这次读取到的数据就是正确的了，cas也就能成功。意思就是这个方法里面会判断拿到的值是不是最新值，如果不是就去拿最新的值，再去CAS，这时候因为拿到的是最新值，所以这时能CAS成功。
四、CAS的ABA问题
举个栗子：我们现实生活中有无良商家会贩卖翻新机，而翻新机是较低价格回收的二手机，进行一系列翻新，变成和新机一样的外表，肉眼看不出来，但本质还是翻新机。
（1）CAS的ABA问题
而CAS中的ABA问题类似翻新机，CAS在使用的时候，主要关心的是内存上的值是否和CPU上寄存器的值相同，如果相同才进行对内存的赋值操作（交换另一个寄存器的值），不相同就不交换。如果一个线程在CAS操作时，穿插了其他线程的操作，内存上的值变换了两次：0 -> 100, 100 -> 0，内存中的值本质上是没改变的，但是它有改变的操作，进行CAS操作是感知不到内存的值是否有改变的；一般情况下，出现了上述情况，也不会出啥问题，不会产生BUG，但也有非常极端的情况，如下：
在ATM取钱的场景，你的银行卡里有1000块，要取500块，在点击取500块的时候卡了，没有反应，你又点了一下，总共点了两下，这时候就会产生两个线程，这里如果没有其他的一些极端情况，不会出问题，如下是伪代码进行分析：
但如果在右边线程的CAS操作完后，这里又有其他线程给balance变量加500，又变成了1000，就会出现问题，如图：
这样，就会导致，你存了500进去，但钱还是500，而能取出的钱也只有500，这个BUG就非常的严重，造成了吞钱的现象。这也就是ABA问题。
（2）解决ABA问题的方案
1、约定数据变化只能是单向的（只能增加或只能减少），不能是双向的（既能增加又能减少）。
2、对于本身就必须双向变化的数据，引入版本号，这个版本号的数字只能增加，不能减少
注意：上述思路不局限于CAS本身，有一些场景没有使用CAS，也可能会产生上述问题，但也可以使用上面的思路。
