一句话说透Java里面的CAS原子操作

一、CAS是什么？

CAS（Compare And Swap）  可以理解为  “先检查再动手”  的机智操作。它的核心逻辑是：在修改一个值之前，先确认这个值是否和预期一致，如果一致才修改，否则放弃。这种操作是 原子性 的（不会被其他线程打断），所以不用加锁也能保证线程安全。

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二、举个现实例子

假设你和朋友同时想修改共享文档里的一个数字：

1. 你看到当前数字是 100，想改成 150。

2. CAS操作：文档系统会检查当前数字是否还是 100。

   • 如果是 → 修改为 150，成功！
   • 如果不是 → 放弃修改，告诉你“有人改过了，请重试”。

这样即使多人同时操作，也不会出现数据错乱。

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三、Java中的CAS实现

Java通过 Unsafe类 调用CPU的原子指令（如x86的CMPXCHG），在以下场景广泛使用：

• Atomic类（如 AtomicInteger、AtomicLong）：

  AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
  count.incrementAndGet(); // 内部通过CAS实现自增
  

• 并发容器（如 ConcurrentHashMap）：CAS用于无锁化更新。

• 锁机制（如 ReentrantLock）：CAS实现锁的竞争。

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四、CAS工作流程

以 AtomicInteger 的自增为例：

1. 读取当前值（假设是 100）。

2. 计算新值（100 + 1 = 101）。

3. 执行CAS操作：

   • 检查内存中的值是否还是 100。
   • 如果是 → 更新为 101，返回成功。
   • 如果被其他线程改成了 200 → 失败，重新读取并重试（自旋）。

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五、CAS的优缺点

优点	缺点
无锁，性能高（避免线程阻塞）	ABA问题（后文详解）
代码简洁，避免死锁	高并发下自旋可能浪费CPU资源

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六、ABA问题与解决方案

1. ABA问题是什么？

• 场景：线程A将值从 100 → 200 → 100，线程B的CAS操作看到值还是 100，误以为未被修改过。
• 风险：数据看似没变，但中间过程可能已被篡改（比如银行余额先扣款又退回，但消费记录丢失）。

2. 解决方案

• AtomicStampedReference：给值加版本号（类似“时间戳”）。

  AtomicStampedReference<Integer> ref = new AtomicStampedReference<>(100, 0);
  ref.compareAndSet(100, 150, 0, 1); // 检查值和版本号
  

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七、适用场景

1. 计数器（如网站访问量统计）：

   AtomicLong visitCount = new AtomicLong(0);
   visitCount.incrementAndGet(); // CAS实现自增
   

2. 无锁数据结构（如无锁队列、无锁栈）。

3. 状态标记（如线程池的状态控制）。

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八、总结

CAS 是并发编程的利器：

• 优势：轻量、高效，避免锁开销。
• 注意：ABA问题需警惕，高竞争场景可能不如锁高效。

口诀：
「CAS 操作真巧妙，先查后改保可靠
无锁并发性能高，ABA问题要记牢
Atomic类里显身手，版本号来解烦恼！」