一、什么是CAS？
CAS，全稱Compare And Swap（比較與交換），解決多線程并行情況下使用鎖造成性能損耗的一種機(jī)制。
CAS 操作包含三個(gè)操作數(shù) —— 內(nèi)存位置（V）、預(yù)期原值（A）和新值(B)。 如果內(nèi)存位置的值與預(yù)期原值相匹配，那么處理器會自動將該位置值更新為新值 。否則，處理器不做任何操作。無論哪種情況，它都會在 CAS 指令之前返回該 位置的值
二、CAS的目的
利用CPU的CAS指令，同時(shí)借助JNI來完成Java的非阻塞算法。其它原子操作都是利用類似的特性完成的。而整個(gè)J.U.C都是建立在CAS之上的，因此對于synchronized阻塞算法，J.U.C在性能上有了很大的提升。
三、CAS（compareAndSwap）的原理探究
CAS的實(shí)現(xiàn)主要在JUC中的atomic包，我們以AtomicInteger類為例：
/**
* Atomically increments by one the current value.
*
* @return the updated value
*/
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
通過代碼追溯，可以看出JAVA中的CAS操作都是通過sun包下Unsafe類實(shí)現(xiàn)，而Unsafe類中的方法都是native方法，由JVM本地實(shí)現(xiàn)，所以最終的實(shí)現(xiàn)是基于C、C++在操作系統(tǒng)之上操作
Unsafe類
java不能直接訪問操作系統(tǒng)底層，而是通過本地方法來訪問。Unsafe類提供了硬件級別的原子操作，主要提供了以下功能：
1、通過Unsafe類可以分配內(nèi)存，可以釋放內(nèi)存；
類中提供的3個(gè)本地方法allocateMemory、reallocateMemory、freeMemory分別用于分配內(nèi)存，擴(kuò)充內(nèi)存和釋放內(nèi)存，與C語言中的3個(gè)方法對應(yīng)。
2、可以定位對象某字段的內(nèi)存位置，也可以修改對象的字段值，即使它是私有的；
3、掛起與恢復(fù)
將一個(gè)線程進(jìn)行掛起是通過park方法實(shí)現(xiàn)的，調(diào)用 park后，線程將一直阻塞直到超時(shí)或者中斷等條件出現(xiàn)。unpark可以終止一個(gè)掛起的線程，使其恢復(fù)正常。整個(gè)并發(fā)框架中對線程的掛起操作被封裝在 LockSupport類中，LockSupport類中有各種版本pack方法，但最終都調(diào)用了Unsafe.park()方法。
public class LockSupport {
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
unsafe.unpark(thread);
}
public static void park(Object blocker) {
Thread t = Thread.currentThread();
setBlocker(t, blocker);
unsafe.park(false, 0L);
setBlocker(t, null);
}
public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
if (nanos > 0) {
Thread t = Thread.currentThread();
setBlocker(t, blocker);
unsafe.park(false, nanos);
setBlocker(t, null);
}
}
public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
Thread t = Thread.currentThread();
setBlocker(t, blocker);
unsafe.park(true, deadline);
setBlocker(t, null);
}
public static void park() {
unsafe.park(false, 0L);
}
public static void parkNanos(long nanos) {
if (nanos > 0)
unsafe.park(false, nanos);
}
public static void parkUntil(long deadline) {
unsafe.park(true, deadline);
}
}
4、CAS操作
/**
* Atomically update Java variable to <tt>x</tt> if it is currently
* holding <tt>expected</tt>.
* @return <tt>true</tt> if successful
*/
public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset,
Object expected,
Object x);
/**
* Atomically update Java variable to <tt>x</tt> if it is currently
* holding <tt>expected</tt>.
* @return <tt>true</tt> if successful
*/
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,
int expected,
int x);
/**
* Atomically update Java variable to <tt>x</tt> if it is currently
* holding <tt>expected</tt>.
* @return <tt>true</tt> if successful
*/
public final native boolean compareAndSwapLong(Object o, long offset,
long expected,
long x);
四、CAS機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1 優(yōu)點(diǎn)
CAS是一種樂觀鎖，而且是一種非阻塞的輕量級的樂觀鎖，什么是非阻塞式的呢？其實(shí)就是一個(gè)線程想要獲得鎖，對方會給一個(gè)回應(yīng)表示這個(gè)鎖能不能獲得。在資源競爭不激烈的情況下性能高，相比synchronized重量鎖，synchronized會進(jìn)行比較復(fù)雜的加鎖，解鎖和喚醒操作。
4.2 缺點(diǎn)
1）循環(huán)時(shí)間長開銷大，占用CPU資源
2）只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
3）ABA問題
如線程1從內(nèi)存X中取出A，這時(shí)候另一個(gè)線程2也從內(nèi)存X中取出A，并且線程2進(jìn)行了一些操作將內(nèi)存X中的值變成了B，然后線程2又將內(nèi)存X中的數(shù)據(jù)變成A，這時(shí)候線程1進(jìn)行CAS操作發(fā)現(xiàn)內(nèi)存X中仍然是A，然后線程1操作成功。雖然線程1的CAS操作成功，但是整個(gè)過程就是有問題的。比如鏈表的頭在變化了兩次后恢復(fù)了原值，但是不代表鏈表就沒有變化。
ABA問題解決方案：
1、添加版本號
2、AtomicStampedReference
java并發(fā)包為了解決這個(gè)問題，提供了一個(gè)帶有標(biāo)記的原子引用類“AtomicStampedReference”，它可以通過控制變量值的版本來保證CAS的正確性。因此，在使用CAS前要考慮清楚“ABA”問題是否會影響程序并發(fā)的正確性，如果需要解決ABA問題，改用傳統(tǒng)的互斥同步可能會比原子類更高效。
