Java中CAS详解

Java中CAS详解
⾸先我们要了解Java内存模型（Java Memory Model）。

JMM就是⼀套规范，描述了Java线程对变量的访问规则。

⾸先，在jvm中有⼀个main memory，⽽每个线程都有⾃⼰的working memory，⼀个线程对⼀个variable进⾏操作的时候，会先在⾃⼰的working memory⾥⾯建⽴⼀个copy，操作完成之后再写⼊main memory，如果有多个线程同时操作同⼀个variable，就可能会出现不可预知的结果，所以线程安全就是为了避免这种情况的发⽣。

volatile是不错的机制，volatile关键字作⽤：1.volatile可以保证变量的可见性。

2.保证有序性。

（防⽌指令重排）。

【当⼀个线程修改了共享变量的值，新的值会⽴刻同步到主内存当中。

⽽其他线程读取这个变量的时候，也会强制从主内存中拉取最新的变量值。

】但是volatile 不能保证原⼦性。

因此对于同步最终还是要回到锁机制上来。

在java中，确保线程安全的⽅法有两种：⼀种是使⽤内置锁（synchronized），⼀种是使⽤原⼦类（java.util.concurrent包下的），对于原⼦类，它所⽤的机制就是CAS机制。

什么是CAS？
CAS：Compare and Swap，即⽐较再交换。

jdk5增加了并发包java.util.concurrent.*,其下⾯的类使⽤CAS算法实现了区别于synchronouse同步锁的⼀种乐观锁。

JDK 5之前Java语⾔是靠synchronized关键字保证同步的，这是⼀种独占锁，也是是悲观锁。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。

如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会⾃动将该位置值更新为新值。

否则，处理器不做任何操作。

CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。

”CAS是通过⽆限循环来获取数据的，若果在第⼀轮循环中，a线程获取地址⾥⾯的值被b线程修改了，那么a线程需要⾃旋，到下次循环才有可能机会执⾏。

通常将 CAS ⽤于同步的⽅式是从地址 V 读取值 A，执⾏多步计算来获得新值 B，然后使⽤ CAS 将 V 的值从 A 改为 B。

如果 V 处的值尚未同时更改，则 CAS 操作成功。

利⽤CPU的CAS指令，同时借助JNI来完成Java的⾮阻塞算法。

其它原⼦操作都是利⽤类似的特性完成的。

⽽整个J.U.C都是建⽴在CAS之上的，因此对于synchronized阻塞算法，J.U.C在性能上有了很⼤的提升。

现代cpu提供了特殊的指令，可以⾃动更新共享数据，⽽且能够检测到其他线程的⼲扰，⽽compareAndSet（）就是⽤这些代替了锁定，compareAndeSet（）是调⽤本地⽅法来完成cpu指令的操作。

来看看AutomicInteger的源码：
private volatile int value；//毫⽆疑问，没有锁的机制下，必须借助volatile保证线程间的数据可见性
public final int get(){
return value;
}
// 来看看++i是怎么实现的：
public final int increamentAndGet(){
for(;;){ // ⽆限循环来获取数据
int current = get();
int next = current + 1;
if(compareAndSet(current,next))
return next;
}
}
由此可见，AtomicInteger.incrementAndGet的实现⽤了乐观锁技术，调⽤了类sun.misc.Unsafe库⾥⾯的 CAS算法，⽤CPU指令来实现⽆锁⾃增。

所以，AtomicInteger.incrementAndGet的⾃增⽐⽤synchronized的锁效率倍增。