什么是CAS
CAS即Compare And Swap的縮寫，翻譯成中文就是比較并交換，其作用是讓CPU比較內存中某個值是否和預期的值相同，如果相同則將這個值更新為新值，不相同則不做更新，也就是CAS是原子性的操作(讀和寫兩者同時具有原子性)，其實現方式是通過借助C/C++調用CPU指令完成的，所以效率很高。CAS的原理很簡單，這里使用一段Java代碼來描述
public boolean compareAndSwap(int value, int expect, int update) {
// 如果內存中的值value和期望值expect一樣 則將值更新為新值updateif (value == expect) {value = update;return true;} else {return false;}
}
復制代碼大致過程是將內存中的值、我們的期望值、新值交給CPU進行運算，如果內存中的值和我們的期望值相同則將值更新為新值，否則不做任何操作。這個過程是在CPU中完成的，這里不好描述CPU的工作過程，就拿Java代碼來描述了。
Unsafe源碼分析
Java是在Unsafe(sun.misc.Unsafe)類實現CAS的操作，而我們知道Java是無法直接訪問操作系統底層的API的(原因是Java的跨平臺性限制了Java不能和操作系統耦合)，所以Java并沒有在Unsafe類直接實現CAS的操作，而是通過**JDI(Java Native Interface)**本地調用C/C++語言來實現CAS操作的。Unsafe有很多個CAS操作的相關方法，這里舉例幾個
public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);
復制代碼我們拿public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);進行分析，這個方法是比較內存中的一個值(整型)和我們的期望值(var4)是否一樣，如果一樣則將內存中的這個值更新為var5，參數中的var1是值所在的對象，var2是值在對象(var1)中的內存偏移量，參數var1和參數var2是為了定位出值所在內存的地址。
- 將對象引用、值在對象中的偏移量、期望的值和欲更新的新值傳遞給
Unsafe.cpp - 如果值更新成功則返回
true給開發者，沒有更新則返回false
Unsafe.cpp在這里發揮的作用有：
- 接受從
Unsafe傳遞過來的對象引用、偏移量、期望的值和欲更新的新值，根據對象引用和偏移量計算出值的地址，然后將值的地址、期望的值、欲更新的新值傳遞給CPU - 如果值更新成功則返回
true給Unsafe.java，沒有更新則返回false
CPU在這里發揮的作用：
- 接受從
Unsafe.cpp傳遞過來的地址、期望的值和欲更新的新值，執行指令cmpxchg，比較地址中的值是否和期望的值一樣，一樣則將值更新為新的值，不一樣則不做任何操作 - 將操作結果返回給
Unsafe.cpp
CAS的缺點
CAS雖然高效的實現了原子性操作，但是也存在一些缺點，主要表現在以下三個方面。
ABA問題
在多線程場景下CAS會出現ABA問題，關于ABA問題這里簡單科普下，例如有2個線程同時對同一個值(初始值為A)進行CAS操作，這三個線程如下
- 線程1，期望值為A，欲更新的值為B
- 線程2，期望值為A，欲更新的值為B
線程1搶先獲得CPU時間片，而線程2因為其他原因阻塞了，線程1取值與期望的A值比較，發現相等然后將值更新為B，然后這個時候出現了線程3，期望值為B，欲更新的值為A，線程3取值與期望的值B比較，發現相等則將值更新為A，此時線程2從阻塞中恢復，并且獲得了CPU時間片，這時候線程2取值與期望的值A比較，發現相等則將值更新為B，雖然線程2也完成了操作，但是線程2并不知道值已經經過了A->B->A的變化過程。
ABA問題帶來的危害：
小明在提款機，提取了50元，因為提款機問題，有兩個線程，同時把余額從100變為50
線程1（提款機）：獲取當前值100，期望更新為50，
線程2（提款機）：獲取當前值100，期望更新為50，
線程1成功執行，線程2某種原因block了，這時，某人給小明匯款50
線程3（默認）：獲取當前值50，期望更新為100，
這時候線程3成功執行，余額變為100，
線程2從Block中恢復，獲取到的也是100，compare之后，繼續更新余額為50！！！
此時可以看到，實際余額應該為100（100-50+50），但是實際上變為了50（100-50+50-50）這就是ABA問題帶來的成功提交。
解決方法： 在變量前面加上版本號，每次變量更新的時候變量的版本號都+1，即A->B->A就變成了1A->2B->3A。
循環時間長開銷大
如果CAS操作失敗，就需要循環進行CAS操作(循環同時將期望值更新為最新的)，如果長時間都不成功的話，那么會造成CPU極大的開銷。
這種循環也稱為自旋
解決方法： 限制自旋次數，防止進入死循環。
只能保證一個共享變量的原子操作
CAS的原子操作只能針對一個共享變量。
解決方法： 如果需要對多個共享變量進行操作，可以使用加鎖方式(悲觀鎖)保證原子性，或者可以把多個共享變量合并成一個共享變量進行CAS操作。
CAS的應用
我們知道CAS操作并不會鎖住共享變量，也就是一種非阻塞的同步機制，CAS就是樂觀鎖的實現。
- 樂觀鎖 樂觀鎖總是假設最好的情況，每次去操作數據都認為不會被別的線程修改數據，所以在每次操作數據的時候都不會給數據加鎖，即在線程對數據進行操作的時候，別的線程不會阻塞仍然可以對數據進行操作，只有在需要更新數據的時候才會去判斷數據是否被別的線程修改過，如果數據被修改過則會拒絕操作并且返回錯誤信息給用戶。
- 悲觀鎖 悲觀鎖總是假設最壞的情況，每次去操作數據時候都認為會被的線程修改數據，所以在每次操作數據的時候都會給數據加鎖，讓別的線程無法操作這個數據，別的線程會一直阻塞直到獲取到這個數據的鎖。這樣的話就會影響效率，比如當有個線程發生一個很耗時的操作的時候，別的線程只是想獲取這個數據的值而已都要等待很久。
Java利用CAS的樂觀鎖、原子性的特性高效解決了多線程的安全性問題，例如JDK1.8中的集合類ConcurrentHashMap、關鍵字volatile、ReentrantLock等。
參考
JAVA CAS原理深度分析
Java CAS 原理分析
什么是ABA問題？
原文地址：ddnd.cn/2019/03/13/…
建立網絡連接)
