什麼是java中的CAS

問題一：java中的CAS是什麼？

問題二：爲什麼要使用CAS?

問題三：CAS使用中需要注意什麼問題?

    這裏以提問的方式引出話題，下面帶大家慢慢了解CAS。

1.CAS的含義

CAS是compare and swap的縮寫，即我們所說的比較交換。cas是一種基於鎖的操作，而且是樂觀鎖。在java中鎖分爲樂觀鎖和悲觀鎖。悲觀鎖是將資源鎖住，等一個之前獲得鎖的線程釋放鎖之後，下一個線程纔可以訪問。而樂觀鎖採取了一種寬泛的態度，通過某種方式不加鎖來處理資源，比如通過給記錄加version來獲取數據，性能較悲觀鎖有很大的提高。

CAS 操作包含三個操作數 —— 內存位置（V）、預期原值（A）和新值(B)。如果內存地址裏面的值和A的值是一樣的，那麼就將內存裏面的值更新成B。CAS是通過無限循環來獲取數據的，若果在第一輪循環中，a線程獲取地址裏面的值被b線程修改了，那麼a線程需要自旋，到下次循環纔有可能機會執行。

2.CAS的問題

①.CAS容易造成ABA問題。一個線程a將數值改成了b，接着又改成了a，此時CAS認爲是沒有變化，其實是已經變化過了，而這個問題的解決方案可以使用版本號標識，每操作一次version加1。在java5中，已經提供了AtomicStampedReference來解決問題。

②.CAS造成CPU利用率增加。之前說過了CAS裏面是一個循環判斷的過程，如果線程一直沒有獲取到狀態，cpu資源會一直被佔用。

3.看AutoInteger的實現源碼

其實AutoInteger就是使用了CAS來實現加1，我們知道如果有一個共享變量count=1,開5個線程，每個線程加20次，結果一般來說都會小於100.

@Test
public void test20() throws InterruptedException {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        MyThrend thrend = new MyThrend("thead" + i);
        Thread thread = new Thread(thrend);
        thread.start();
    }
    Thread.sleep(2000);
    System.out.println(MyCount1.count);
}

static class MyThrend implements Runnable {
    private String name;
    MyThrend(String threadName) {
        this.name = threadName;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<20;i++)
        MyCount1.count++;
    }
}

private static class MyCount1 {
    static int count = 0;
}

結果78 

現在修改一個代碼，將int變成AtomicInteger

@Test
public void test20() throws InterruptedException {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        MyThrend thrend = new MyThrend("thead" + i);
        Thread thread = new Thread(thrend);
        thread.start();
    }
    Thread.sleep(2000);
    System.out.println(MyCount.count.get());
}

static class MyThrend implements Runnable {
    private String name;
    MyThrend(String threadName) {
        this.name = threadName;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<20;i++)
        MyCount.count.getAndIncrement();  //加1方法
    }
}

private static class MyCount {
    static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
}

每次結果都是100，怎麼做到的呢？這裏是沒有直接加鎖的，看源碼。

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);  //第一個參數當前對象地址，第二個參數數據偏移量，第三個參數每次指定默認加1
}

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {  //這個方法使用的就是CAS,核心在於循環比較內存裏面的值和當前值是否相等，如果相等就用新值覆蓋
    int var5;   
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);  //如果a，b線程同時執行這個方法，a線程拿到值1後cpu執行時間到了掛起，b開始執行，也拿到1，但是沒有掛起，接着將值變成了2
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));  //這個時候a線程恢復執行，去比較的時候發現手上的1 和內存裏面的值2不等，這個時候他要進行下一個循環，看出來了佔用cpu吧
    return var5;
}

AtomicInteger，AtomicLong,AtomicBoolean.....都在java.util.current.atomic包下面，採用了CAS機制來實現加鎖，裏面具體方法就不看了，留給大家後續研究！