1、CAS是什么

CAS：Compare and swap，即比较并交换，它是一条CPU 并发原语。
它的功能时判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是，则更改为新的值，这个过程是原子的。
CAS能够保证操作的原子性。
CAS可以看做是一种乐观锁。
一个CAS涉及到三个值以及以下操作：
三个核心参数：

• 主内存中存放的共享变量的值：V（一般情况下，这个V是内存的地址值，可以通过这个地址获得内存中的值）；
• 工作内存中共享变量的副本值，也叫预期值：A；
• 需要将共享变量更新成为的最新值：B。

涉及的操作：

• 比较预期值A和主内存中共享变量的值是否相等。 （比较）；
• 如果比较相等，那么将想要修改为的新值B写入主内存的V，不想等则不写入。 （交换）
• 操作成功返回true，失败返回false。

2、CAS的原理

CAS的原理主要涉及两个部分，一个是自旋锁，一个是Unsafe类。

2.1 Unsafe类

Unsafe类是jdk下自带的类，是CAS的核心类。由于Java方法无法直接访问底层系统，需要通过本地（native）方法来访问，Unsafe相当于一个后门，基于该类可以直接操作特定内存的数据。
Unsafe类存在与sun.misc包中其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存，因为Java中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。
注意：Unsafe类中的所有方法都是native修饰的，也就是说Unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务。

CAS并发愿意提现在Java语言中，就是sun.msic.Unsafe类中的各个方法，调用Unsafe类中的CAS方法，JVM会帮我们实现出CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原子操作。再次强调，CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用语范畴，是由若干条指令组成，用于某个功能的一个过程；并且，原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，也就是说，CAS是一条CPU的原子指令，不会造成所谓的数据不一致。

2.2 自旋锁

2.3 CAS原理总结

比较并交换。比较当前工作内存中的值和主内存的值，如果相同，则执行规定的操作，否则只获取当前主内存的值，重新将主内存的值赋值给当前工作内存中的值，然后继续比较，直到主内存和工作内存中的值一致为止。

3、CAS的缺点

• 循环时间长时，开销很大：

如果CAS失败，会一直进行尝试。如果CAS长时间一直不成功，可能会给CPU带来很大的开销。

• 只能保证一个共享变量的原子操作：

当对一个共享变量执行操作时，可以使用循环CAS的方式来保证原子操作。但是，对于多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁来保证原子性。

• 引出ABA问题：

什么是ABA问题：
CAS算法实现的一个重要前提是，取出主内存中某时刻的数据，并在当下时刻比较并替换，那么在这个时间差内可能会存在数据发生变化。
比如说线程1从主内存V中取出a，这时另一个线程2也从主内存中取出，并且线程2进行了一些操作，将值a变成了b，然后线程2又将主内存V位置的数据变成a，这时线程1进行 CAS操作发现内存中仍然是a，然后线程1进行CAS操作成功。尽管线程1的CAS操作成功了，但是不代表这个过程就是没有问题的。
如何解决ABA问题：

• 如果只考虑拿到的值相同就可以更改，那么可以忽略这个问题；
• 添加版本号；
• 从JDL5开始，atomic包提供了AtomicStampedReference来解决ABA问题，这个嘞的compareAndSet()方法的作用，首先是检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志（版本）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。AtomicStampedReference通过其内部类Pair解决ABA问题：Pair中包含两个属性：版本号和引用，在compareAndSet()方法中，现对当前引用进行检查，再对版本号标志进行检查，只有全部相等才更新值。

4、CAS的应用