【多線程】CAS原理

引言

  在Java併發包中有這樣一個包，java.util.concurrent.atomic，該包是對Java部分數據類型的原子封裝，在原有數據類型的基礎上，提供了原子性的操作方法，保證了線程安全。那他們是如何保證線程安全的那，採用了CAS機制：

CAS

  CAS 指的是現代 CPU 廣泛支持的一種對內存中的共享數據進行操作的一種特殊指令(底層用C實現的)。這個指令會對內存中的共享數據做原子的讀寫操作。CAS比較與交換的僞代碼可以表示爲：

do{   
       備份舊數據；  
       基於舊數據構造新數據；  
}while(!CAS( 內存地址，備份的舊數據，新數據 ))  

  指令的操作過程：首先，CPU 會將內存中將要被更改的數據與期望的值做比較。然後，當這兩個值相等時，CPU 纔會將內存中的數值替換爲新的值。否則便不做操作。最後，CPU 會將舊的數值返回。這一系列的操作是原子的。它們雖然看似複雜，但卻是 Java 5 併發機制優於原有鎖機制的根本。簡單來說，CAS 的含義是“我認爲原有的值應該是什麼，如果是，則將原有的值更新爲新值，否則不做修改，並告訴我原來的值是多少”。
  簡單的來說，CAS有3個操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B,“我認爲V的值應該爲A，如果是，那麼將V的值更新爲B，否則不修改並告訴V的值實際爲多少”，CAS是樂觀鎖技術，當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程並不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，並可以再次嘗試。

CAS缺點

問題基本是這個樣子：

1. 進程P1在共享變量中讀到值爲A
2. P1被搶佔了，進程P2執行
3. P2把共享變量裏的值從A改成了B，再改回到A，此時被P1搶佔。
4. P1回來看到共享變量裏的值沒有被改變，於是繼續執行。

雖然P1以爲變量值沒有改變，繼續執行了，但是這個會引發一些潛在的問題。ABA問題最容易發生在lock free 的算法中的，CAS首當其衝，因爲CAS判斷的是指針的地址。如果這個地址被重用了呢，問題就很大了。（地址被重用是很經常發生的，一個內存分配後釋放了，再分配，很有可能還是原來的地址）。就如：你拿着一個裝滿錢的手提箱在飛機場，此時過來了一個火辣性感的美女，然後她很暖昧地挑逗着你，並趁你不注意的時候，把用一個一模一樣的手提箱和你那裝滿錢的箱子調了個包，然後就離開了，你看到你的手提箱還在那，於是就提着手提箱去趕飛機去了。