CAS源码解读

什么是CAS？

CAS全称是CompareAndSwap，中文理解就是“比较并交换”。很多人也叫无锁，在JDK中有很多原子操作工具都是以CAS来实现的，例如AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicLong、AtomicReference、AtomicIntegerArray等等，它们可以保证我们在单机多线程的情况下的线程安全的编写我们的程序，下面我们会以AtomicInteger为例来了解CAS的底层是如何保证原子操作的。

CAS原理

从AtomicInteger的getAndIncrement() 方法进行源码分析，不难发现CAS底层调用了unsafe的getAndAddInt方法。

AtomicInteger源码

java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger

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

Unsafe源码

sun.misc.Unsafe getAndAddInt方法是一个do while循环，循环调用一个本地方法（native）compareAndSwapInt方法。 所以从这里也可以了解到在一定的场景下，比如一个线程持有锁时间太长，必然会消耗一定的CPU资源。

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

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

因为native方法是C实现的，所以接下来我们要看一下C源码。

unsafe.cpp源码

点击查看openJDK的unsafe.cpp源码 我下面也贴出了核心代码块，从unsafe.cpp中的compareAndSwapInt()方法我们可以发现它其实调用了一个原子的cmpxchg方法。这个cmpxchg应该是汇编指令，来直接通过CPU操作对象，来完成增加值。

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
  oop p = JNIHandles::resolve(obj);// 解析这个对象为c可以认识的对象
  jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset); // 获取内存地址
  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e; // 操作CPU,当然这里是汇编语言实现，需要后续进行进一步的了解。
UNSAFE_END