CAS

一、CAS的原理：

CAS中包含了3个操作数——需要读写的内存位置V(内存位置)，进行比较的值A(预期值)和拟写入的新值B(新值)。
当且仅当V=A时，CAS才会通过原子方式用新值B来更新V的值，否则不会执行任何操作。并且，无论执行修改与否，都将返回V原有值。且仅且只有一个线程能更新变量的值，而其它线程都将失败。然而，失败的线程并不会被挂起(这与获取锁的情况不同：获取锁失败时线程会挂起或自旋)，而是被告知在这次竞争中失败，并可以再次重试。

CAS的优势：
由于竞争CAS时失败并不会阻塞，因此它可以决定是否重新尝试、或者执行一些恢复操作、也或者不执行任何操作(这是一种明智的做法)。这种灵活性大大减少了与锁先相关的活跃性危险(尽管在一些不常见的情况下仍然存在活锁风险)。

CAS的典型使用模式：
首先从V中读取值预期值A，并根据A计算新值B，然后通过CAS以原子方式将V中的值由A变成B(只要在这期间没有任何线程将V的值修改为其它值)。
由于CAS能检测到来自其它线程的干扰，因此即使不使用锁(无锁)也能够实现原子的读-写-改操作序列。

 

二、JVM对CAS的支持

JVM是如何确保处理器执行CAS操作的呢？Java5.0之前，如果不编写明确的代码，那么就无法执行CAS。在Java5.0之后引入了底层的支持，在int，long和对象的引用等类型上都公开了CAS类型，并且JVM把它们编译为底层硬件支持的最有效的方法。在支持CAS的平台上，运行时把它们编译为相应的(额外)机器指令。在最坏的条件下，如果不支持CAS等指令，那么JVM将会使用自旋锁(spin lock)。

 

三、ABA问题

在CAS操作中判断“V的值是否(依然)为A”，如果是则执行更新操作。但是问题来了，如果这里的A是经过其它线程更改为B，然后又改回为A，会有什么影响呢？

如果A仅仅代表一个普通数值，其改变并不会受什么影响。但如果A是一个引用地址，则会出现地址重用的问题(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)

举个简单的例子：一个骗子与人交易，趁买家不注意用一个外表一模一样的假iphone把原来的iphone调包了。买家拿到手机后，高高兴兴的回家了。

 

 

解决方案是增加一个版本号来控制，每次改动就会让版本号加1，即使A经过改变后又变回A，但版本号可以说明其已经发生变化了。这种乐观控制的思想其实用的很多的，比如Hibernate中就用到过，还有集合中的fast-fail快速失败机制也是用版本控制的思想来实现。

实际上AtomicMarkableReference和AtomicStampedReference就是使用类似方法从而避免ABA问题的。

 

面试题

1.什么是CAS？其原理、优势？

2.JVM如何支持CAS的？

3.CAS的缺陷？

①自旋时间太长，会浪费cpu资源。

②CAS只能保证单个变量原子性

③ABA问题 

4.什么是ABA问题？如果解决？

 

 

 

参考资料：《Java并发编程实战》