CAS原理
CAS即Compare And Swap的缩写，翻译成中文就是比较并交换，其作用是让CPU比较内存中某个值是否和预期的值相同，如果相同则将这个值更新为新值，不相同则不做更新，也就是CAS是原子性的操作(读和写两者同时具有原子性)，其实现方式是通过借助C/C++调用CPU指令完成的，所以效率很高。 CAS的原理很简单，这里使用一段Java代码来描述。
public boolean compareAndSwap(int value, int expect, int update) {
// 如果内存中的值value和期望值expect一样 则将值更新为新值update
if (value == expect) {
value = update;
return true;
} else {
return false;
}
}
CAS缺点
1.ABA问题
在多线程场景下CAS会出现ABA问题，关于ABA问题这里简单科普下，例如有2个线程同时对同一个值(初始值为A)进行CAS操作，这两个个线程如下
- 线程1，期望值为A，欲更新的值为B
- 线程2，期望值为A，欲更新的值为B
线程1抢先获得CPU时间片，而线程2因为其他原因阻塞了，线程1取值与期望的A值比较，发现相等然后将值更新为B，然后这个时候出现了线程3，期望值为B，欲更新的值为A，线程3取值与期望的值B比较，发现相等则将值更新为A，此时线程2从阻塞中恢复，并且获得了CPU时间片，这时候线程2取值与期望的值A比较，发现相等则将值更新为B，虽然线程2也完成了操作，但是线程2并不知道值已经经过了A->B->A的变化过程。
解决：
从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，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。
例子：
一家蛋糕店，决定为vip卡中余额小于20的用户一次性赠送20元，刺激消费，但是一个客户只能被赠送一次。 使用AtomicReference实现如下：
public class AtomicReferenceDemo {
static AtomicReference<Integer> money=new AtomicReference<Integer>();
public static void main(String[] args) {
money.set(19);
//模拟多个线程同时更新后台数据库，为用户充值
for(int i = 0 ; i < 3 ; i++) {
new Thread() {
public void run() {
while(true){
while(true){
Integer m=money.get();
if(m<20){
if(money.compareAndSet(m, m+20)){
System.out.println("余额小于20元，充值成功，余额:"+money.get()+"元");
break;
}
}else{
//System.out.println("余额大于20元，无需充值");
break ;
}
}
}
}
}.start();
}
//用户消费线程，模拟消费行为
new Thread() {
public void run() {
for(int i=0;i<100;i++){
while(true){
Integer m=money.get();
if(m>10){
System.out.println("大于10元");
if(money.compareAndSet(m, m-10)){
System.out.println("成功消费10元，余额:"+money.get());
break;
}
}else{
System.out.println("没有足够的金额");
break;
}
}
try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {}
}
}
}.start();
}
}
但是会存在一种问题，如果在赠与金额到达的同时，客户进行一次消费，使得总金额又小于20，并且正好累计消费20，使得消费、赠与后的金额等于消费前、赠与前的金额，那么，就会存在多次赠与的问题（ABA问题）。
主要原因就是因为对象在修改过程中丢失了状态信息，所以需要使用AtomicStampedReference来对对象进行更新，它的内部不仅维护了对象值，还维护了一个时间戳。
public class AtomicStampedReferenceDemo {
static AtomicStampedReference<Integer> money=new AtomicStampedReference<Integer>(19,0);
public static void main(String[] args) {
//模拟多个线程同时更新后台数据库，为用户充值
for(int i = 0 ; i < 3 ; i++) {
final int timestamp=money.getStamp();
new Thread() {
public void run() {
while(true){
while(true){
Integer m=money.getReference();
if(m<20){
if(money.compareAndSet(m, m+20,timestamp,timestamp+1)){
System.out.println("余额小于20元，充值成功，余额:"+money.getReference()+"元");
break;
}
}else{
//System.out.println("余额大于20元，无需充值");
break ;
}
}
}
}
}.start();
}
//用户消费线程，模拟消费行为
new Thread() {
public void run() {
for(int i=0;i<100;i++){
while(true){
int timestamp=money.getStamp();
Integer m=money.getReference();
if(m>10){
System.out.println("大于10元");
if(money.compareAndSet(m, m-10,timestamp,timestamp+1)){
System.out.println("成功消费10元，余额:"+money.getReference());
break;
}
}else{
System.out.println("没有足够的金额");
break;
}
}
try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {}
}
}
}.start();
}
}
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。如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升，pause指令有两个作用，
- 第一它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。
- 第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引起CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提高CPU的执行效率。
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，或者有一个取巧的办法，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Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。
