Java并发编程之CAS原理

原理简介

CAS全称是Compare-And-Swap，比较交换的意思。它的作用是比较内存中的某个值是否和预期的一致，是的话就更新成新的值，不是的话就一直循环。

考虑下面一种场景：变量a的初始值是10，有两个线程要对它进行操作

线程一：

• 获取变量a的值10
• 对10进行加1操作得到11
• 将11写回变量a

线程二：

• 获取变量a的值10
• 对10进行减1操作得到9
• 将9写回变量a

当线程一执行完第一步时，如果线程二也执行了第一步，那么两个线程获取到的a的值就都是10，接着线程1进行加1操作变成11并写回变量，线程二进行减一操作变成了9并写回变量，这时就会把11覆盖掉变成9，并不是预期的10。

采用CAS方式的操作如下：

线程一：

• 获取变量a的值10
• 对10进行加1操作得到11
• 判断a的值是不是10，如果是就把11写回变量a；如果不是就重新执行第一步

线程二：

• 获取变量a的值10
• 对10进行减1操作得到9
• 判断a的值是不是10，如果是就把9写回变量a；如果不是就重新执行第一步

采用CAS方式的区别在于，将结果写回变量之前，先判断了变量的值是不是一开始获取到的值，如果是的话说明当前线程修改期间没有其他线程对其进行操作，可以放心把结果写回变量内存。如果不是的话，说明有其他线程对变量进行了修改，所以就重新去获取变量的值，重新执行操作，一直循环去判断。

需要注意的是，在执行CAS操作时，一个线程需要获取到其他线程对变量的操作结果，但由于Java内存模型（JMM）的设置，线程操作时是在本地内存中，要想保证线程间的可见性，变量必须使用volatile修饰。

缺点

• 因为CAS是通过循环的方式保证了操作的原子性，但是如果循环次数过多就会造成资源消耗过多；
• CAS操作只是针对一个变量的操作原子性，保证了其操作的结果正确，并不能保证多个变量或代码块的原子性；
• CAS操作会产生ABA问题

ABA问题

CAS操作进行比较时只是判断和预期值是否相等，并不关心是否有其他线程对其修改过，比如把变量值从A改成B，由把B改成A，最终获取时判断没有问题，但是中间已经被修改过，这就是ABA问题。

要想解决ABA问题，可以给变量添加一个版本号，每次修改变量都更新版本号，这样就可以通过版本号来判断变量是否被修改过。