CAS是"Compare and Swap"（比較并交換）

一，介紹

CAS是"Compare and Swap"（比較并交換）的縮寫，是一種多線程同步的原子操作。它基于硬件的原子性保證，用于解決并發(fā)環(huán)境下的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和線程安全問題。

CAS操作包括三個(gè)參數(shù)：內(nèi)存地址V、舊的預(yù)期值A(chǔ)和新的值B。它的執(zhí)行步驟如下：

1. 從內(nèi)存中讀取V的當(dāng)前值；
2. 比較當(dāng)前值與預(yù)期值A(chǔ)是否相等；
3. 如果相等，則將V的值更新為B；
4. 如果不相等，則不做任何操作。

CAS操作是原子的，不會(huì)被其他線程中斷，因此可以保證數(shù)據(jù)的一致性和線程安全性。如果CAS操作失敗（即當(dāng)前值與預(yù)期值不相等），可以進(jìn)行重試，直到操作成功為止。

CAS常用于多線程環(huán)境下對(duì)共享資源的并發(fā)控制和同步操作。它可以用來實(shí)現(xiàn)一些線程安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，比如無鎖的隊(duì)列、計(jì)數(shù)器等，并且提供了一種高效的方式來處理并發(fā)訪問的情況，避免了傳統(tǒng)鎖機(jī)制帶來的線程切換、上下文切換等開銷。

在Java中，java.util.concurrent.atomic包提供了一系列的CAS操作類，如AtomicInteger、AtomicLong等，能夠以原子方式對(duì)這些類的值進(jìn)行更新和修改，實(shí)現(xiàn)線程安全的操作。

CAS 如何保證線程安全

CAS（Compare and Swap）通過比較內(nèi)存中的值與預(yù)期值來實(shí)現(xiàn)線程安全，具體的步驟如下：

1. 獲取內(nèi)存中的值V；
2. 比較內(nèi)存中的值V與預(yù)期值A(chǔ)是否相等；
3. 如果相等，將內(nèi)存中的值V更新為新的值B；
4. 如果不相等，則表示其他線程已經(jīng)修改了內(nèi)存中的值，此時(shí)需要重試或采取其他邏輯。

CAS操作利用底層硬件提供的原子性保證，可以避免傳統(tǒng)鎖機(jī)制中的競(jìng)爭(zhēng)和阻塞，從而實(shí)現(xiàn)了線程安全。

以下是一個(gè)使用CAS操作的Java示例代碼，展示了如何對(duì)共享計(jì)數(shù)器進(jìn)行線程安全的自增操作：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicCounter {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public int getCount() {
        return count.get();
    }

    public void increment() {
        int oldValue;
        int newValue;
        do {
            // 讀取內(nèi)存中的值
            oldValue = count.get();
            // 計(jì)算新的值
            newValue = oldValue + 1;
            // 使用CAS操作進(jìn)行比較和交換
        } while (!count.compareAndSet(oldValue, newValue));
    }
}

在上述示例中，AtomicInteger類提供了原子的自增操作。通過調(diào)用compareAndSet(oldValue, newValue)方法，CAS操作會(huì)比較內(nèi)存中的值和預(yù)期值，并進(jìn)行交換。如果比較和交換成功，則完成了線程安全的自增操作；否則，需要重試直到操作成功。

這樣，多個(gè)線程同時(shí)對(duì)該計(jì)數(shù)器進(jìn)行自增操作時(shí)，可以避免競(jìng)爭(zhēng)條件和數(shù)據(jù)不一致的問題。CAS操作保證了內(nèi)存的一致性和線程安全性，避免了傳統(tǒng)鎖機(jī)制中的阻塞和上下文切換開銷。

三，源碼中所使用到的CAS

四，Java源碼中多少地方用到了CAS

Java源碼中廣泛使用了CAS（Compare and Swap）操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的線程安全訪問。以下是一些常見的Java類和接口，它們?cè)趯?shí)現(xiàn)中使用了CAS操作：

1. java.util.concurrent.atomic 包：該包中的類，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等，都是基于CAS操作實(shí)現(xiàn)的。這些類提供了原子性的操作方法，避免了使用鎖機(jī)制帶來的競(jìng)爭(zhēng)和阻塞。

2. java.util.concurrent.locks 包：該包中的類，如ReentrantLock、StampedLock等，也使用了CAS操作來實(shí)現(xiàn)自旋鎖、讀寫鎖等并發(fā)控制機(jī)制。CAS操作可以減少鎖的粒度，提高并發(fā)性能。

3. java.util.concurrent 包：該包下的各個(gè)輔助類、容器以及框架，如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、CountDownLatch等，使用了CAS操作來實(shí)現(xiàn)高效的并發(fā)控制和線程安全。

4. java.util.concurrent.atomic.AtomicReference 類：該類通過CAS操作實(shí)現(xiàn)對(duì)引用類型的原子更新。它可以用于實(shí)現(xiàn)無鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者在需要原子更新引用類型的場(chǎng)景下使用。

5. java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference 類：該類除了提供CAS操作外，還提供了版本戳（stamp）的概念。它可以用于解決ABA問題，即在CAS操作中避免發(fā)生不一致的問題。

除了以上提到的類和接口，還有其他一些Java源碼中使用了CAS操作來實(shí)現(xiàn)線程安全的機(jī)制。CAS操作在并發(fā)編程中非常重要，通過原子性的比較和交換，可以有效地避免競(jìng)態(tài)條件、數(shù)據(jù)不一致等問題，提高程序的并發(fā)性能。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-721327.html

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