java 高性能并发之二之 CAS

CAS：比较并交换（Compare-and-Swap）

1. CAS操作。

CAS虽然是看上去是两次操作，但其实际上是通过硬件来保证其只使用一条处理器指令就完成操作，所有CAS是一个原子操作。

CAS是一种乐观的并发策略，采用失败重试的方式。

CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。（可以将内存值V理解为该变量在主内存储存的值，旧的预期值A为该变量在线程工作内存储存的值）

2. jdk中的CAS

java.util.concurrent.atomic 下的整数原子类，其中的compareAndSet() ，incrementAndGet() 和 getAndIncrease() 等方法都使用了CAS操作。

这里贴一段increaseAndGet()方法的源码

    
    public final int incrementAndGet(){
        for( ; ; ){
            int current = get();
            int next = current + 1 ;
            if(compareAndSet(current ,next))
                return next ;
        }
    }

incrementAndGet() 方法使用一个无限循环，不断尝试将一个比当前值大于1的新值赋值给自己。如果失败了，那说明在执行“获取-设置”操作的时候值已经有了修改，于是再次循环进行下一次操作，直到设置成功为止。

3.CAS的ABA问题

尽管CAS已经很完美，但仍然有漏洞，比如ABA问题。

CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据，而在下时刻比较并替换，那么在这个时间差类会导致数据的变化。

ABA问题是指，当在一个线程K进行CAS操作读取到当前值A的时候，另一个线程V进入，首先将A值变为B值，然后又将B值变为A值。然后K线程再次读取时获取的仍然是值A。此时虽然线程K的CAS操作成功了，但不代表这个过程没有问题。如果链表的头在变化了两次后恢复了原值，但是不代表链表就没有变化。

我们假设有这样一个链栈

现在我们要对将A替换成B，首先当前线程T1获取到A值，

此时，T2进入，将A，B出栈，在push，D,C,A。（注意，此时未将B入栈，B处于未知状态）

然后，T1线程进行CAS操作，发现栈顶依然为A，然后将A替换为B，此时栈顶变为B，但此时B.next并不为D，可能为空，也可能为任意的值，但显然不是我们要的结果，相当于我们把D,C“丢了”。

4. 解决

以上就是由于ABA问题带来的隐患，各种乐观锁的实现中通常都会用版本戳version来对记录或对象标记，避免并发操作带来的问题。java中，使用AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference来实现这个操作。jdk API中对其的描述如下：

java 高性能并发之二之 CAS

其方法compareAndSet() :

java 高性能并发之二之 CAS

AtomicStampedReference 本质是有一个int 值作为版本号。在进行CAS操作时，除了判断内存值和预期值外，还要比较预期标志跟当前标志是否相等，如果这两项比较都相等，则CAS操作成功，当前标志更新（一般是加1）；如果这两项有任何一样不一致，则CAS操作失败。

AtomicMarkableReference则是将一个boolean值作是否有更改的标记，本质就是它的版本号只有两个，true和false。修改的时候在这两个版本号之间来回切换。

java 高性能并发之二之 CAS

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