JAVA CAS 底層原理詳解

CAS

CAS是指Compare And Swap，比較並交換，是一種很重要的同步思想。如果主內存的值跟期望值一樣，那麼就進行修改，否則一直重試，直到一致爲止。

public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(5);
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"\t current data : "+ atomicInteger.get());
        //修改失敗
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 1024)+"\t current data : "+ atomicInteger.get());
    }
}

第一次修改，期望值爲5，主內存也爲5，修改成功，爲2019。第二次修改，期望值爲5，主內存爲2019，修改失敗。

查看AtomicInteger.getAndIncrement()方法，發現其沒有加synchronized也實現了同步。這是爲什麼？

CAS底層原理

AtomicInteger內部維護了volatile int value和private static final Unsafe unsafe兩個比較重要的參數。

public final int getAndIncrement(){
    return unsafe.getAndAddInt(this,valueOffset,1);
}

AtomicInteger.getAndIncrement()調用了Unsafe.getAndAddInt()方法。Unsafe類的大部分方法都是native的，用來像C語言一樣從底層操作內存。

public final int getAnddAddInt(Object var1,long var2,int var4){
    int var5;
    do{
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    return var5;
}

這個方法的var1和var2，就是根據對象和偏移量得到在主內存的快照值var5。然後compareAndSwapInt方法通過var1和var2得到當前主內存的實際值。如果這個實際值跟快照值相等，那麼就更新主內存的值爲var5+var4。如果不等，那麼就一直循環，一直獲取快照，一直對比，直到實際值和快照值相等爲止。

比如有A、B兩個線程，一開始都從主內存中拷貝了原值爲3，A線程執行到var5=this.getIntVolatile，即var5=3。此時A線程掛起，B修改原值爲4，B線程執行完畢，由於加了volatile，所以這個修改是立即可見的。A線程被喚醒，執行this.compareAndSwapInt()方法，發現這個時候主內存的值不等於快照值3，所以繼續循環，重新從主內存獲取。

CAS缺點

CAS實際上是一種自旋鎖，

1. 一直循環，開銷比較大。
2. 只能保證一個變量的原子操作，多個變量依然要加鎖。
3. 引出了ABA問題。