CAS机制

CAS机制

什么是CAS？

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。

• 主内存中存放的共享变量的值：V（一般情况下这个V是内存的地址值，通过这个地址可以获得内存中的值）
• 工作内存中共享变量的副本值，也叫预期值：A
• 需要将共享变量更新到的最新值：B

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。否则将不会更新，然后不断进行尝试，直到满足条件，这个重新尝试的过程被称为自旋。

CAS与Synchronized

从思想上来说，Synchronized属于悲观锁，悲观地认为程序中的并发情况严重，所以严防死守。CAS属于乐观锁，乐观地认为程序中的并发情况不那么严重，所以让线程不断去尝试更新。

悲观锁更新的方式认为：在更新数据的时候大概率会有其他线程去争夺共享资源。

所以悲观锁的做法是：第一个获取资源的线程会将资源锁定起来，其他没争夺到资源的线程只能进入阻塞队列，等第一个获取资源的线程释放锁之后，这些线程才能有机会重新争夺资源。

synchronized就是java中悲观锁的典型实现，synchronized使用起来非常简单方便，但是会使没争抢到资源的线程进入阻塞状态，线程在阻塞状态和Runnable状态之间切换效率较低（比较慢）。比如你的更新操作其实是非常快的，这种情况下你还用synchronized将其他线程都锁住了，线程从Blocked状态切换回Runnable花的时间可能比你的更新操作的时间还要长。

乐观锁更新方式认为:在更新数据的时候其他线程争抢这个共享变量的概率非常小，所以更新数据的时候不会对共享数据加锁。但是在正式更新数据之前会检查数据是否被其他线程改变过，如果未被其他线程改变过就将共享变量更新成最新值，如果发现共享变量已经被其他线程更新过了，就重试，直到成功为止。CAS机制就是乐观锁的典型实现。

CAS机制优缺点

优点

• 可以保证变量操作的原子性；
• 并发量不是很高的情况下，使用CAS机制比使用锁机制效率更高；
• 在线程对共享资源占用时间较短的情况下，使用CAS机制效率也会较高。

缺点

1.CPU开销较大

在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

ps：因此可以看出，如果线程之间竞争程度小，使用CAS是一个很好的选择；但是如果竞争很大，使用锁可能是个更好的选择。

2.不能保证代码块的原子性

CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用Synchronized了。

3.ABA问题

这是CAS机制最大的问题所在。

ABA问题及解决办法

ABA的问题简要的说就是，线程a先读取了要对比的值v后，被线程b抢占了，线程b对v进行了修改后又改会v原来的值，线程1继续运行执行CAS操作的时候，无法判断出v的值被改过又改回来。ABA对基于指针实现的算法影响很大。上面的C语言里实现的程序是有可能被ABA问题影响的，因为它的CAS操作判断的是指针的地址，这个地址被重用的可能性很大（地址被重用是很经常发生的，一个内存分配后释放了，再分配，很有可能还是原来的地址，内存管理中重用内存基本上是一种很常见的行为）。

解决ABA的问题的一种方法是，一次用CAS检查双倍长度的值，前半部是指针，后半部分是一个计数器；或者对CAS的数值加上版本号。