CAS原理是什么，适用场景有哪些，有什么优缺点_javacas应用场景

什么是cas

1.CAS（Compare And Swap）是一种思想是一种用来实现线程安全的算法，同时也是一组cpu指令。Compare And Swap这一条指令就能完成比较与交换的组合操作，不会被打断，主要运用在并发编程语句，实现那些不能被打断的数据交换操作，从而避免了多线程情况下，出现不可预知的问题

2.思路：我认为V的值应该是A,如果是的话，那我就把它改成B,如果不是A（说明被别人修改过了），那我就不修改了，避免多人同时修改导致出错

3.CAS有三个操作数：内存值V、预期值A、要修改的值B,当且仅当预期值A和内存值V相同时，才将内存值修改为B,否则什么都不做。最后返回现在的V值

案例

/**
 * 模拟CAS操作，等价代码
 */
public class TwoThreadsCompetition implements Runnable {
    private volatile int value;

    public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue,int newValue){
        int oldValue = value;
        if (expectedValue == oldValue){
            value=newValue;
        }
        return oldValue;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TwoThreadsCompetition r = new TwoThreadsCompetition();
        r.value=0;
        Thread t1 = new Thread(r,"Thread1");
        Thread t2 = new Thread(r,"Thread2");
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(r.value);
    }
    @Override
    public void run() {
        compareAndSwap(0,1);
    }
}
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应用场景

1.乐观锁

2，并发容器，以ConcurrentHashMap为例

3.原子类

分析在java中是如何利用CAS实现原子性操作的

以AtomicInteger为例

1.AtomicInteger加载Unsafe工具，用来直接操作内存数据

2.用Unsafe来实现底层操作

3.用volatile修饰value字段，保证可见性

4.getAndAddInt方法分析

5.Unsafe类

① Unsafe是CAS的核心类。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。不过尽管如此，JVM还是开了一个后门，JDK中有一个类Unsafe,它提供了硬件级别的原子操作

② valueOffset表示的是变量值在内存中的偏移地址，因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的原值的，这样我们就能通过unSafe来实现CAS了

在java中是如何利用CAS实现原子性操作

① Unsafe类中的CompareAndSwapInt方法

• 方法中先想办法拿到变量的value在内存中的地址

• 通过Atomic::cmpxchg实现原子性的比较和替换，其中参数x是即将更新的值，参数e是原内存中的值，至此，最终完成了CAS的全过程

缺点

ABA 问题：

在计算时只是检查值是否相等，并没有检查是否被修改过，利用乐观锁时添加版本号，对比版本号检查。

自旋时间过长：

很长时间的自旋（有些死循环操作），如果在此期间竞争很激烈，锁一直拿不到，消耗CPU资源，对性能消耗很大

解决：

• 代码层面，破坏掉for死循环，当超过一定时间或者一定次数时，return退出。

• 使用类似ConcurrentHashMap的方法。当多个线程竞争时，将粒度变小，将一个变量拆分为多个变量，达到多个线程访问多个资源的效果，最后再调用sum把它合起来，能降低CPU消耗，但是治标不治本。

• 使用JVM能支持处理器提供的pause指令来提升效率。pause指令有两个作用：第一，它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline），使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零；第二，它可以避免在循环的时候因内存顺序冲突（Memory Order Violation）而引起CPU流水线被清空，从而提高CPU的实行效率