注：本文轉自 程序員小灰 微信公衆號~
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CAS進階篇
這一期我們來深入介紹之前遺留的兩個問題：
1.Java當中CAS的底層實現
2.CAS的ABA問題和解決方法
首先看一看AtomicInteger當中常用的自增方法 incrementAndGet：
public final int incrementAndGet() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return next;
}
}
private volatile int value;
public final int get() {
return value;
}
這段代碼是一個無限循環，也就是CAS的自旋。循環體當中做了三件事：
1.獲取當前值。
2.當前值+1，計算出目標值。
3.進行CAS操作，如果成功則跳出循環，如果失敗則重複上述步驟。
這裏需要注意的重點是 get 方法，這個方法的作用是獲取變量的當前值。
如何保證獲得的當前值是內存中的最新值呢？很簡單，用volatile關鍵字來保證。有關volatile關鍵字的知識，我們之前有介紹過，這裏就不詳細闡述了。
接下來看一看compareAndSet方法的實現，以及方法所依賴對象的來歷：
compareAndSet方法的實現很簡單，只有一行代碼。這裏涉及到兩個重要的對象，一個是unsafe，一個是valueOffset。
什麼是unsafe呢？Java語言不像C，C++那樣可以直接訪問底層操作系統，但是JVM爲我們提供了一個後門，這個後門就是unsafe。unsafe爲我們提供了硬件級別的原子操作。
至於valueOffset對象，是通過unsafe.objectFieldOffset方法得到，所代表的是AtomicInteger對象value成員變量在內存中的偏移量。我們可以簡單地把valueOffset理解爲value變量的內存地址。
我們在上一期說過，CAS機制當中使用了3個基本操作數：內存地址V，舊的預期值A，要修改的新值B。
而unsafe的compareAndSwapInt方法參數包括了這三個基本元素：valueOffset參數代表了V，expect參數代表了A，update參數代表了B。
正是unsafe的compareAndSwapInt方法保證了Compare和Swap操作之間的原子性操作。
什麼是ABA呢？假設內存中有一個值爲A的變量，存儲在地址V當中。
此時有三個線程想使用CAS的方式更新這個變量值，每個線程的執行時間有略微的偏差。線程1和線程2已經獲得當前值，線程3還未獲得當前值。
接下來，線程1先一步執行成功，把當前值成功從A更新爲B；同時線程2因爲某種原因被阻塞住，沒有做更新操作；線程3在線程1更新之後，獲得了當前值B。
再之後，線程2仍然處於阻塞狀態，線程3繼續執行，成功把當前值從B更新成了A。
最後，線程2終於恢復了運行狀態，由於阻塞之前已經獲得了“當前值”A，並且經過compare檢測，內存地址V中的實際值也是A，所以成功把變量值A更新成了B。
這個過程中，線程2獲取到的變量值A是一箇舊值，儘管和當前的實際值相同，但內存地址V中的變量已經經歷了A->B->A的改變。
當我們舉一個提款機的例子。假設有一個遵循CAS原理的提款機，小灰有100元存款，要用這個提款機來提款50元。
由於提款機硬件出了點小問題，小灰的提款操作被同時提交兩次，開啓了兩個線程，兩個線程都是獲取當前值100元，要更新成50元。
理想情況下，應該一個線程更新成功，另一個線程更新失敗，小灰的存款只被扣一次。
線程1首先執行成功，把餘額從100改成50。線程2因爲某種原因阻塞了。這時候，小灰的媽媽剛好給小灰匯款50元。
線程2仍然是阻塞狀態，線程3執行成功，把餘額從50改成100。
線程2恢復運行，由於阻塞之前已經獲得了“當前值”100，並且經過compare檢測，此時存款實際值也是100，所以成功把變量值100更新成了50。
這個舉例改編自《java特種兵》當中的一段例子。原本線程2應當提交失敗，小灰的正確餘額應該保持爲100元，結果由於ABA問題提交成功了。
什麼意思呢？真正要做到嚴謹的CAS機制，我們在Compare階段不僅要比較期望值A和地址V中的實際值，還要比較變量的版本號是否一致。
我們仍然以最初的例子來說明一下，假設地址V中存儲着變量值A，當前版本號是01。線程1獲得了當前值A和版本號01，想要更新爲B，但是被阻塞了。
這時候，內存地址V中的變量發生了多次改變，版本號提升爲03，但是變量值仍然是A。
隨後線程1恢復運行，進行Compare操作。經過比較，線程1所獲得的值和地址V的實際值都是A，但是版本號不相等，所以這一次更新失敗。
在Java當中，AtomicStampedReference類就實現了用版本號做比較的CAS機制。
1. Java語言CAS底層如何實現？
利用unsafe提供了原子性操作方法。
2. 什麼是ABA問題？怎麼解決？
當一個值從A更新成B，又更新會A，普通CAS機制會誤判通過檢測。
利用版本號比較可以有效解決ABA問題。
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