CAS理解和说明
目录
1.CAS是什么?
2.CAS的应用场景
2.1 实现原子类
2.2 实现自旋锁
3.CAS的典型问题:ABA问题
1.CAS是什么?
CAS:全称compare and swap(比较并交换)
我们假设内存中的原始数据V，旧的预期值A，需要修改的新值B
1.比较A与V是否相等（比较）
2.如果比较相等，将B写入V（交换）
3.返回操作是否成功
在这里最特别的是，上述这个CAS的过程，并非是通过一段代码实现的，而是通过一条CPU指令完成的，所以CAS操作是原子的，就可以在一定程度上回避线程安全问题，所以我们在解决线程安全问题除了加锁之外，又有了一个新思路。
但是我们可以通改CAS伪代码来帮助我们理解这个特殊指令:
boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {if (&address == expectedValue){&address = swapValue;return true;}return false;}2.CAS的应用场景
2.1 实现原子类
Java标准库里面提供的类
AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
count.getAndDecrement();count.getAndDecrement();相当于i++
伪代码实现
class AtomicInteger {private int value;public int getAndIncrement() {int oldValue = value;while (CAS(value, oldValue, oldValue + 1) != true) {oldValue = value;}return oldValue;}
}现在假设有两个线程同时调用上面的getAndDecrement()，
2)线程1先执行CAS操作，由于oldValue和value的值相同，直接进行对value的赋值。
此时的value值变成1，但是CAS的返回值为true，所以oldValue的值仍然为0。
2.2 实现自旋锁
实现自旋锁伪代码
public class SpinLock {private Thread owner = null;public void lock() {while (!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())) {}}public void unlock() {this.owner = null;}
}private Thread owner = null;
这个代码的含义是当前锁是谁加的。
public void lock() {
while (!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())) {
}
}
检测当前的owner是否为null，如果为空，就将当前线程赋值给owner。如果赋值成功，则加锁完成，循环结束。如果当前锁已经被其他线程占用，CAS操作会失败，因为this.owner不是null。此时返回false，继续循环进行下一次判定。
3.CAS的典型问题:ABA问题
它的核心思想是检查当前值与预期值是否相等，如果相等则进行交换操作。然而，ABA问题是一个潜在的问题，即在CAS操作过程中，一个变量的值被修改两次后又恢复到了原来的值，导致CAS误判为没有发生变化，这个问题就叫ABA问题。
虽然这个ABA情况，大部分情况下，其实不会对代码/逻辑产生太大影响，但是不排除一些极端情况，也有可能造成影响。举一个极端的例子:
在考虑使用CAS方式扣款的情况下，假设我现在需要取款500元，我的账户余额为1000元。当我按下取款按钮时，机器可能会卡住，如果我不小心多次按下按钮，可能会导致重复扣款的情况发生，如下图
在执行第二次CAS操作时，如果此时有人转账500元进来，账户余额仍然为1000元，CAS操作会继续扣款。
为了解决这个问题，我们可以引入一个版本号或时间戳的概念。每次对变量进行修改时，同时更新版本号或时间戳。在进行CAS操作时，除了比较当前值和预期值之外，还需要比较版本号或时间戳。只有当两者都匹配时，才认为变量没有被中途修改过，可以进行交换操作。
例如，假设我们有一个变量value和一个对应的版本号version，初始值为1。当我们想要更新value时，首先获取当前的version，然后执行更新操作，并将version加1。在进行CAS操作时，我们需要同时比较value和version。只有当value和version都与预期值匹配时，才执行交换操作。
通过引入版本号或时间戳，我们可以解决ABA问题，确保在并发环境下的正确性。