CAS

CAS

CAS，Compare And Swap，即比较并交换。整个AQS同步组件（例：ReentrantLock获取锁的时候）、Atomic原子类操作等等都是以CAS实现的，ConcurrentHashMap在1.8的版本中也调整为了CAS+Synchronized。

定义

在CAS中有三个参数：内存值V、旧的预期值A、要更新的值B，当且仅当内存值V的值等于旧的预期值A时才会将内存值V的值修改为B，否则什么都不干。

ReentrantLock获取锁（AtomicInteger也用到了）:

//ReentrantLock内部类NonfairSync
final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}
//ReentrantLock内部类FairSync
final void lock() {
    acquire(1);//最后调用了tryAcquire，内部用到了compareAndSetState(0, acquires)
}


//AbstractQueuedSynchronizer
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long stateOffset;//为变量值在内存中的偏移地址
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    // See below for intrinsics setup to support this
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
//Unsafe
//该方法为本地方法，有四个参数，分别代表：对象、对象的地址、预期值、修改值
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

Unsafe是CAS的核心类，提供了硬件级的原子操作，Java无法直接访问底层操作系统，而是通过本地（native）方法来访问。

CAS的缺点

如果自旋CAS长时间地不成功，则会给CPU带来非常大的开销。在JUC中有些地方就限制了CAS自旋的次数，例如BlockingQueue的SynchronousQueue。也可以自己设置可以使用-XX:PreBlockSpin来更改。

ABA问题，解决方案则是版本号，Java提供了AtomicStampedReference来解决。Pair为AtomicStampedReference的内部类，主要用于记录引用和版本戳信息（标识）。版本戳为int型，保持自增。同时Pair是一个不可变对象，其所有属性全部定义为final，对外提供一个of方法，该方法返回一个新建的Pari对象。pair对象定义为volatile，保证多线程环境下的可见性。

//ABA问题
ublic class Test {
    private static AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(100);
    private static AtomicStampedReference atomicStampedRef = new AtomicStampedReference(100, 0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread intT1 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
              atomicInt.compareAndSet(100, 101);
              atomicInt.compareAndSet(101, 100);
           }
       });

       Thread intT2 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
              try {
                  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
              } catch (InterruptedException e) {
              }
              boolean c3 = atomicInt.compareAndSet(100, 101);
              System.out.println(c3); // true
           }
       });

       intT1.start();
       intT2.start();
       intT1.join();
       intT2.join();

       Thread refT1 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run()
              try {
                  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
              } catch (InterruptedException e) {
              }
              atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, atomicStampedRef.getStamp(), atomicStampedRef.getStamp() + 1);
              atomicStampedRef.compareAndSet(101, 100, atomicStampedRef.getStamp(), atomicStampedRef.getStamp() + 1);
           }
       });

       Thread refT2 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
              int stamp = atomicStampedRef.getStamp();
              try {
                  TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
              } catch (InterruptedException e) {
              }
              boolean c3 = atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp + 1);
              System.out.println(c3); // false
           }
       });

       refT1.start();
       refT2.start();
    }
}

只能保证一个共享变量的原子操作，Java从1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。