1.CAS 介绍

什么是CAS？

CAS，全称：Compare and Swap，即比较-替换；CAS是一种无锁算法，通过无锁的方式实现了多个线程间变量的同步；CAS 是乐观锁的一种实现方式，是一种轻量级锁，JUC 中很多工具类的实现就是基于 CAS 的。

注意：JVM中的CAS操作正是利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。

具体内容：

假设有三个操作数：内存值V、旧的预期值A、要修改的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，才会将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做并返回false。当然CAS一定要volatile变量配合，这样才能保证每次拿到的变量是主内存中最新的那个值，否则旧的预期值A对某条线程来说，永远是一个不会变的值A，只要某次CAS操作失败，永远都不可能成功。

意思代码如下：

if (this.value == A){
    this.value = B;
    return true;
} else {
    return false;
}

这是一种乐观策略，认为并发操作并不总会发生。

还是不明白？那我再说明下，就比如我现在要修改数据库的一条数据，修改之前我先拿到他原来的值，然后在SQL里面还会加个判断，原来的值和我手上拿到的他的原来的值是否一样，一样我们就可以去修改了，不一样就证明被别的线程修改了你就return错误就好了。

其在SQL 中的伪代码如下：

1	update a set value = newValue where value = #{oldValue} // oldValue 就是我们执行前查询出来的值

底层实现：

留空，后面补上！

2.CAS 存在的问题

CAS虽然高效地解决了原子操作，但是还是存在一些缺陷的，主要表现在三个方法：循环时间太长、只能保证一个共享变量原子操作、ABA问题。

循环时间太长：如果CAS一直不成功呢？这种情况绝对有可能发生，如果自旋CAS长时间地不成功，则会给CPU带来非常大的开销。在JUC中有些地方就限制了CAS自旋的次数，例如BlockingQueue的SynchronousQueue。
只能保证一个共享变量原子操作：看了CAS的实现就知道这只能针对一个共享变量，如果是多个共享变量就只能使用锁了，当然如果你有办法把多个变量整成一个变量，利用CAS也不错。例如读写锁中state的高地位
ABA问题：就是说来了一个线程把值改回了B，又来了一个线程把值又改回了A，对于这个时候判断的线程，就发现他的值还是A，所以他就不知道这个值到底有没有被人改过，其实很多场景如果只追求最后结果正确，这是没关系的。但是实际过程中还是需要记录修改过程的，比如资金修改什么的，你每次修改的都应该有记录，方便回溯。

主要问题：怎么解决ABA问题？

用版本号去保证就好了，就比如说，我在修改前去查询他原来的值的时候再带一个版本号，每次判断就连值和版本号一起判断，判断成功就给版本号加1。判断原来的值和版本号是否匹配，中间有别的线程修改，值可能相等，但是版本号100%不一样。
Java提供了AtomicStampedReference来解决。AtomicStampedReference通过包装[E,Integer]的元组来对对象标记版本戳stamp，从而避免ABA问题。

下面详细讲讲AtomicStampedReference 中的compareAndSet方法：

compareAndSet有四个参数，分别表示：预期引用、更新后的引用、预期标志、更新后的标志。源码部门很好理解：预期的引用 == 当前引用，预期的标识 == 当前标识，如果更新后的引用和标志和当前的引用和标志相等则直接返回true，否则通过Pair生成一个新的pair对象与当前pair CAS替换。Pair为AtomicStampedReference的内部类，主要用于记录引用和版本戳信息（标识），定义如下：

Pair记录着对象的引用和版本戳，版本戳为int型，保持自增。同时Pair是一个不可变对象，其所有属性全部定义为final，对外提供一个of方法，该方法返回一个新建的Pari对象。pair对象定义为volatile，保证多线程环境下的可见性。在AtomicStampedReference中，大多方法都是通过调用Pair的of方法来产生一个新的Pair对象，然后赋值给变量pair。如set方法：

使用atomicStampedReference进行解决ABA示例代码

public class ABAdemo {
    // 真实值
    static AtomicReference<Integer> atomicReference = new AtomicReference <>(100);
    // 真实值 版本号
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference <>(100,1);
    public static void main(String[] args) {

        // ABA 问题
        new Thread(() -> {
            // 修改为101然后又马上修改回来
            atomicReference.compareAndSet(100, 101);   // B
            atomicReference.compareAndSet(101, 100);   // A
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            // 睡1秒，让t1线程完成了ABA
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2019) + "\t" + atomicReference.get());
        }, "t2").start();

        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        System.out.println("=====================以下是 ABA 的解决============================================");

        new Thread(() -> {
            // 获取版本号
            int  stamp = atomicStampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第一次版本号："+atomicStampedReference.getStamp());

            // 睡1秒，让t4线程也拿到atomicStampedReference
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // atomicStampedReference 的compareAndSet四个参数： 期望值，想要修改的值，现在版本号，修改之后的版本号
            atomicStampedReference.compareAndSet(100,101,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第二次版本号："+atomicStampedReference.getStamp());
            atomicStampedReference.compareAndSet(101,100,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第三次版本号："+atomicStampedReference.getStamp());
        }, "t3").start();


        new Thread(() -> {
            int  stamp = atomicStampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第一次版本号："+atomicStampedReference.getStamp());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            boolean b =  atomicStampedReference.compareAndSet(100,2019,stamp,stamp+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 修改成功否："+b);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"以为的版本号 ："+stamp+" 当前最新的版本号 ："+atomicStampedReference.getStamp());
            System.out.println("当前实际最新的值 :" +atomicStampedReference.getReference());
        }, "t4").start();
    }
}

输出如下

true	2019
=====================以下是 ABA 的解决============================================
t3	 第一次版本号：1
t4	 第一次版本号：1
t3	 第二次版本号：2
t3	 第三次版本号：3
t4 修改成功否：false
t4以为的版本号 ：1 当前最新的版本号 ：3
当前实际最新的值 :100

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Java 并发 - CAS 分析

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2.CAS 存在的问题