[转] 漫画：什么是 CAS 机制？

————— 第二天 —————

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示例程序：启动两个线程，每个线程中让静态变量count循环累加100次。

    public static Integer count = 0;

    @Test
    void CASTest() throws InterruptedException {

        newThread();

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);
    }

    void newThread() {
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    for (int i = 0; i < 100; i++) {
                        count++;
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

最终输出的count结果是什么呢？一定会是200吗？

    public static Integer count = 0;

    @Test
    void CASTest() throws InterruptedException {

        newThread();

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);
    }

    void newThread() {
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    for (int i = 0; i < 100; i++) {
                        synchronized (TwoApplication.class) {
                            count++;
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

加了同步锁之后，count自增的操作变成了原子性操作，所以最终的输出一定是count=200，代码实现了线程安全。

为什么这么说呢？关键在于性能问题。

Synchronized关键字会让没有得到锁资源的线程进入BLOCKED状态，而后在争夺到锁资源后恢复为RUNNABLE状态，这个过程中涉及到操作系统用户模式和内核模式的转换，代价比较高。

尽管Java1.6为Synchronized做了优化，增加了从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的过度，但是在最终转变为重量级锁之后，性能仍然较低。

所谓原子操作类，指的是java.util.concurrent.atomic包下，一系列以Atomic开头的包装类。例如AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong。它们分别用于Boolean，Integer，Long类型的原子性操作。

现在我们尝试在代码中引入AtomicInteger类：

    //    public static Integer count = 0;
    public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    @Test
    void CASTest() throws InterruptedException {

        newThread();

        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);
    }

    void newThread() {
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    for (int i = 0; i < 100; i++) {
//                        synchronized (TwoApplication.class) {
//                            count++;
//                        }
                        count.incrementAndGet();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

使用AtomicInteger之后，最终的输出结果同样可以保证是200。并且在某些情况下，代码的性能会比Synchronized更好。

什么是CAS？

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

这样说或许有些抽象，我们来看一个例子：

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

3.在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

4.线程1开始提交更新，首先进行A和地址V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的实际值，提交失败。

5.线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A=11，B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

6.这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。

7.线程1进行SWAP，把地址V的值替换为B，也就是12。

从思想上来说，Synchronized属于悲观锁，悲观地认为程序中的并发情况严重，所以严防死守。CAS属于乐观锁，乐观地认为程序中的并发情况不那么严重，所以让线程不断去尝试更新。

CAS的缺点：

1. CPU开销较大
   在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

2. 不能保证代码块的原子性
   CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用Synchronized了。

3. ABA问题
   这是CAS机制最大的问题所在。

什么是ABA问题？怎么解决？我们下一期来详细介绍。

本文转载自公众号：程序员小灰