目录
- CAS简介
- CAS思路
- CAS使用场景
- CAS问题
- 总结
CAS简介
CAS的英文全称是Compare-And-Swap,意思就是比较并交换，他是原子类的底层原理，同时也是乐观锁的原理，CAS的特点是避免使用互斥锁，当多个线程同时更新同一个变量时，只有一个线程可以更新成功，其他的线程都会更新失败，和同步互斥锁不同的是，更新失败的线程并不会被阻塞，而是被告知此次竞争失败，下次还可以继续竞争。
CAS思路
首先，在大多数处理器指令中，CAS操作是一条（而不是多条）cpu指令，正是这个原因，所以CAS相关的指令是具备原子性的，这个组合操作在执行期间不会被打断，这样就保证了并发安全。
CAS有三个操作值：内存值V，预期值A，要修改的值B，当且仅当预期值A等于当前内存值V的时候，才将内存值更新为B。
CAS操作描述
执行成功：
当执行CAS操作的时候，如果发现当前的内存值V正好是值A的话，那么CAS就会更新内存值V为B，通常A往往是之前读取到的内存值， B是在A的基础上计算而得到的。例图如下：
执行失败：
dangzhixingCAS操作的时候，如果发现当前的内存值V不是预期值A，那么说明内存值已经被其他线程执行过了，本次CAS就会失败，这样就可以避免多人同时修改出错。例图如下：
CAS使用场景
数据库
基于数据库我们可以实现利用version字段在数据库中实现乐观锁和CAS操作，在获取和修改数据都不需要加悲观锁,例如：
UPDATE TABLE SET name ='测试', version = 2 WHERE id=1 and vsersion =1
原子类
很多原子类中都用了CAS操作，例如AtomicInteger的getAndAdd(int data)方法，如下图：getAndAdd是AtomicInteger类中的方法，getAndAddInt是调用unsafe中的方法。
var5的赋值调用了 unsafe 的 getIntVolatile(var1, var2) 方法，这是一个native方法，作用是获取变量var1中偏移量var2出的值，这里传入的参数var1的值是对AtomicInteger对象的引用，var2就是AtomicInteger中存的数值的偏移量也就是value，所以得到的var5的值代表当前时刻下的原子类中存储的值。
public final int getAndAdd(int delta) {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
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;
}
代码中compareAndSwapInt方法的五个参数分别代表var1：object，var2：offset，var5：expectedValue，var5+var4：newValue。
第一个参数objec就是要修改的对象，传入的是this，也就是AtomicInteger这个对象。
第二个参数offset代表偏移量，借助它可以获取到value的数值。
第三个参数expectedValue代表期望值，传入的就是刚才获取的var5。
第四个参数newValue代表就是要修改为的值，等于之前得到的数值var5加上var4，而var4就是我们之前传入的delta,delta就是我们希望原子类改变的数值，可以传入+1，-1。
所以 compareAndSwapInt 方法的作用就是，判断如果现在原子类里 value 的值和之前获取到的 var5 相等的话，那么就把计算出来的 var5 + var4 给更新上去，所以说这行代码就实现了 CAS 的过程。
CAS操作成功，就会退出这个 while 循环，但是也有可能操作失败。如果操作失败就意味着在获取到 var5 之后，并且在 CAS 操作之前，value 的数值已经发生变化了，证明有其他线程修改过这个变量。
Unsafe中的getAndAddInt 方法通过循环+CAS的方式来实现，在这个过程中，通过compareAndSwapInt方法来尝试更新value的值，如果更新失败就重新获取，然后再次尝试，知道成功。
CAS问题
ABA问题
首先什么是ABA问题？ABA问题就是比如刚开始读取到的备份是3，然后被其他线程修改几次后，最终结果还是3，那么CAS很可能识别不到数据发生变化了，那么CAS 就会认为变量的值在此期间没有发生过变化。所以CAS并不能检测出在此期间值是不是被修改过，他只能检查测出现在的值和最初的只是不是一样的，这样就会有极大的隐患。
解决办法：可以通过添加版本号等标志位来解决，我们在这个值之外，再添加一个版本号，那么这个值的变化路径就从A->B->A变成了A1->B2->A3，这样一来就可以通过对比版本号来判断值是否发生过变化。
在atomic包中提供了AtomicStampedReference这个类，它是专门解决ABA问题的，解决思路也正是利用版本号，AtomicStampedReference会维护一种类似<Object,int>的数据结构，其中的int就是用于计数的，也就是版本号，它可以对这个对象和int版本号同时进行原子更新，从而也就解决了ABA问题，所以我们判断值是否被修改过，就通过版本号是否变化为标准，即使值一样，版本号也不一样。
循环问题
就像刚才说的，CAS可能会失败，而且CAS往往是配合着循环来实现的，失败就会一直重试，如果在CAS操作中一直失败，或者长时间自旋不成功，那么循环时间长开销大，会给CPU带来很大的开销。
解决方法：可以使用自适应自旋锁解决这个问题。
操作范围不能灵活控制
只能保证一个共享变量而不是多个共享变量的原子操作，这个对象可能是AtomicInteger、AtomicLong、或者其他类型的，但是我们不能针对多个共享变量同时进行CAS操作。比如AtomicInteger都是每次只对一个变量进行原子控制。
解决方法：通过利用一个新的类，来整合刚才这一组共享变量，这个类中的多个成员变量就是刚才那个共享变量，然后再利用atomic包中的AtomicReference来把这个新对象整体进行CAS操作，这样就可以保证线程安全。
总结
好了，今天主要讲解了关于CAS的介绍和优缺点，以及CAS的使用场景，CAS作为很多乐观锁的底层知识相当重要，理解CAS相关知识对学习并发编程相关概念和技能都有很大帮助！
