CAS 操作

什么是CAS

CAS 即 Compare and Swap, 其是 JDK 提供的非阻塞原子性操作， 它通过硬件保证了比较—更新操作的原子性。（volatile 只能保证共享变量的可见性，不能解决读—改—写等的原子性问题。）

JDK 里面的 Unsafe 类提供了一系列的 compareAndSwap 方法， 下面以 compareAndSwapLong *方法为例进行简单介绍。

boolean compareAndSwapLong(Object obj,long valueOffset,long expect,long update)
方法：其中 compareAndSwap 的意思是比较并交换。CAS 有四个操作数， 分别为：对象内存位置、对象中的变量的偏移量、变量预期值和新的值。其操作含义是，如果对象 obj 中内存偏移量为 valueOffset 的变量值为 expect, 则使用新的值 update 替换旧的值 expect。这是处理器提供的一个原子性指令。

CAS 实现原子操作的三大问题

1. ABA 问题

因为 CAS 需要在操作值得时候，检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是 A，变成了 B，又变成了 A，那么使用 CAS 进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

ABA 问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加 1，那么A-B-A 就会变成 1A-2B-3A。

2. 循环时间长开销大

自旋 CAS 如果长时间不成功，会给 CPU 带来非常大的执行开销。

3. 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，我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作，但是对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。
还有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如，有两个共享变量 i = 2, j = a, 合并一下 ij = 2a, 然后用 CAS 来操作 ij。从 JDK 1.5 开始，JDK 提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作。