CAS的作用
在多線程併發下，可以通過加鎖來保證線程安全性，但多個線程同時請求鎖，而線程的掛起和恢復會有很大的開銷。一些細粒度的操作，例如同步容器，操作往往只有很少代碼量，如果存在鎖並且線程激烈地競爭，調度的代價很大。在硬件的支持下，出現了非阻塞的同步機制，其中一種常用實現就是CAS。
CAS說明
CAS（compare and swap，比較並交換）操作包含三個操作數 —— 內存位置（V）、預期原值（A）和新值(B)。如果內存位置的值V與預期原值A相匹配，那麼處理器會自動將該位置值更新爲新值B。否則，處理器不做任何操作並返回V值。當多個線程嘗試使用CAS同時更新一個變量，最終只有一個線程會成功，其他線程都會失敗。但和使用鎖不同，失敗的線程不會被阻塞，而是被告之本次更新操作失敗了，線程可以根據實際情況，繼續重試或者跳過操作，大大減少因爲阻塞而損失的性能。
Atomic原子類
Atomic原子類是CAS操作的一種體現，它分爲基本數據類型原子類、數組類型原子類、引用類型原子類、字段類型原子類，其內部原理都差不多一致。例如AtomicInteger、AtomicReference、AtomicIntegerArray等等。下面以AtomicInteger爲例進行簡單說明。
public class MyThread implements Runnable{
private AtomicInteger count1 = new AtomicInteger(0);
private int count2 = 0;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
count1.incrementAndGet();
count2++;
}
}
public void printCount1() {
System.out.println("count1: " + count1.get());
}
public void printCount2() {
System.out.println("count2: " + count2);
}
}
public static void main(String[] args){
MyThread thread = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(thread, "thread1");
Thread t2 = new Thread(thread, "thread2");
t1.start();
t2.start();
while(Thread.activeCount()>2) {
Thread.yield();
}
thread.printCount1();
thread.printCount2();
}
main函數中下面的循環是保證上面線程執行完成，然後輸出結果。count1 是AtomicInteger ，而count2 是正常的int型。用兩個線程一起執行20萬次自增，得到的結果如下：
count1: 200000
count2: 168942
在每次執行的時候，count2的最終結果都不一致，而count1卻始終是正確的結果。說明了AtomicInteger 是線程安全的。
CAS的侷限性
- ABA問題
根據CAS工作的基本原理，存在以下情況，變量初始值爲 100，主線程通過 CAS讀到了 100，接着來一個線程將這個變量改爲 999，之後又一個線程又改成 100 。而輪到主線程發現 a 的值依然是 100，它視作沒有人競爭過，於是修改 a 的值。這種情況，雖然 CAS 會更新成功，但是會存在潛在的問題，中途加入的線程的操作對於後一個線程根本是不可見的。而一般的解決辦法是爲每一次操作加上加時間戳，CAS 不僅關注變量的原始值，還關注上一次修改時間。 - 循環時間的額外開銷
CAS 方法一般都定義在一個循環裏面，直到修改成功纔會退出循環，如果在某些併發量較大的情況下，變量的值始終被別的線程修改，本線程始終在循環裏做判斷比較舊值，效率低下。所以說，CAS 適用於併發量不是很高的場景。 - 只能保證一個變量的原子操作
CAS 只能對一個變量進行原子性操作，而鎖機制則不同，獲得鎖之後，就可以對所有的共享變量進行修改而不會發生任何問題，因爲別人沒有鎖不能修改這些共享變量。