CAS（Compare and Swap，比较并交换） 是一种无锁的原子操作机制，它通过硬件指令（如 x86 的 cmpxchg）实现，核心是在不使用锁的情况下，保证多线程环境下对共享变量操作的原子性。
一、CAS 的核心原理
CAS 操作包含三个关键参数：内存地址（V）、预期值（A） 和 新值（B）。其执行逻辑如下：
1.比较内存地址 V 中的当前值是否等于预期值 A。
2.如果相等，将内存地址 V 中的值更新为新值 B。
3.如果不相等，不做任何操作。
4.无论操作成功与否，都返回内存地址 V 中的旧值。
整个过程是原子性的，由 CPU 硬件指令保证，不会被其他线程打断。
Java 中的实现：Java 通过 sun.misc.Unsafe 类（底层调用 JNI 方法）直接调用硬件指令实现 CAS，典型应用是 java.util.concurrent.atomic 包下的原子类（如 AtomicInteger）。
示例（AtomicInteger 的自增逻辑）：
public final int incrementAndGet() {
for (;;) { // 自旋重试
int current = get();
int next = current + 1;
// CAS 操作：若当前值等于 current，则更新为 next
if (compareAndSet(current, next)) {
return next;
}
}
}
二、CAS 的优点
1.无锁开销：避免了传统锁（如 synchronized）的上下文切换、线程阻塞/唤醒等开销，在并发竞争不激烈时，性能优于锁机制。
2.并发安全性：通过硬件原子指令保证操作的原子性，确保多线程环境下数据一致性。
3.灵活性：可根据业务场景自定义重试逻辑（如自旋次数限制），比锁机制更灵活。
三、CAS 的缺点
1.ABA 问题
问题描述：变量 V 的值从 A 被改为 B，又被改回 A，CAS 操作会误认为“值未被修改”而成功更新，但实际中间已被篡改。
解决方式：使用“版本号”或“时间戳”标记变量（如 Java 中的 AtomicStampedReference，在 CAS 时同时比较值和版本号）。
2.自旋重试开销
问题描述：当并发竞争激烈时，CAS 会频繁失败并进入自旋重试（如示例中的 for (;;) 循环），导致 CPU 资源被大量占用。
缓解方式：限制自旋次数、引入自适应自旋（根据历史重试情况动态调整自旋次数），或在竞争激烈时降级为锁。
3.只能保证单个变量的原子性
CAS 仅能对单个共享变量的操作实现原子性，无法直接保证多个变量操作的原子性（如同时更新两个变量）。
解决方式：可将多个变量封装为一个对象（如自定义一个类），通过 AtomicReference 对对象进行 CAS 操作。
4.无法感知变量的变化
CAS 是“乐观锁”思想，仅在更新时检查值是否变化，无法主动感知其他线程对变量的修改，不适用于需要“等待变量变化”的场景（此时需用 Condition 等工具）。
总结
CAS 是一种高效的无锁原子操作机制，适用于并发竞争不激烈的场景（如计数器、ID 生成器）。但需注意解决 ABA 问题、控制自旋开销，并明确其仅支持单个变量原子操作的局限性。在并发竞争激烈时，传统锁（如 synchronized，JDK 1.6 后已优化）可能更合适。
