CAS原理分析，源码解析，底层原理刨析以及优缺点

BruinW
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本文已参与「新人创作礼」活动， 一起开启掘金创作之路。

CAS demo

//CAS-》compareAndSet 比较并交换
package com.wsx.cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

        public class CasDemo {
            public static void main(String[] args) {
                AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);

                //compareAndSet期望并交换，期望是第一个参数，期望拿走内存时和放回时实际内存值相同，更新值是更新到多少
                System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2048));
                System.out.println("cas number:"+atomicInteger.get());

                System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2222));
                System.out.println("cas number:"+atomicInteger.get());

            }
        }

image.png

CAS源码

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解释

getAndIncrement源码

this是当前对象

valueoffset是当前对象地址

i是加一的操作

直接是对地址进行操作所以不需要加sync锁就可以保证安全性

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可以看到底层会有unsafe类

unsafe类源码：

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cas能保证原子性，靠的就是底层的unsafe类

1 Unsafe

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类存在于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故行相应作务

2变量valueOffset,表示该变量值在内存中的偏移地址，因为Unsafe 就是根据内存偏移地址获取数据的。

3.变量value用volatile修饰，保证了多线程之间的内存可见性。

cas是什么

原语，默认是连续性的，不存在被中断 ，不会造成所谓的数据不一致问题

CAS是什么

CAS的全称为Compare-And-Swap，它是一条CPU并发原语。

它的功能是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并发原语体现在JAVA语言中就是sun.misc 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，由于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的，用于完成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问题。

getandaddint源码

image.png

过程分析自己版

第一个var5就是保存当前地址下的值（也就是主物理内存里的值） var5=this.getIntVolatile(var1,var2);（相当于先获取值在++（++就是var4））

whlie里面意思就是

比较并交换先看看var1这个对象和var2这个内存偏移量上的值是否与刚刚获取的var5相同，若相同则加var4也就是加1

var5是期望值

假如var1和var2的内存地址上的值跟期望值var5不相同，则while循环中this.compareAndSwapIntI(var1,var2,var5,var5 + var4)为假然后！号取反然后继续do内循环，再去找此内存地址上的值，再做比较，直到成功为止

这点会一直循环吗，只要不成功？

do里面的var5会更新，因为此对象地址值var1var2已被volatile修饰，根据jmm内存可见所以就继续this.compareAndSwapIntI(var1,var2,var5,var5 + var4)，然后直成功为止因为可能有很多线程在挂起时抢先执行
执行顺序：

var1 AtomicInteger对象本身。

var2该对象值得引用地址。

var4需要变动的数量。

var5是用过var1 var2找出的主内存中真实的值。

用该对象当前的值与var5比较:

如果相同，更新var5+var4并且返回true,

如果不同，继续取值然后再比较，直到更新完成。

自旋锁

加sync同一个时间段只能由一个线程来访问

一致性得到了保障但是并发性下降

cas一直循环，既提高了一致性又保证了并发性

image.png

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cas就是unsafe类+cas思想（自旋） unsafe类汇编语言

image.png

总结

CAS ( CompareAndSwap)比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果相同则执行规定操作， 否则继续比较直到主内存和工作内存中的值--致为止.

CAS应用.CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的更新值B。

当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

CAS缺点 循环时间长开销大 只能保证一个共享变量的原子操作 会导致ABA问题

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