什么是CAS?

CAS是compare and swap的缩写，中文翻译为比较并交换。

先通过AtomicInteger来看一个Demo 

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 原子类 不传入参数5，默认为0
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
        // compareAndSet就是一个cas操作，这个方法的意思就是期望现在内存的值还是5，如果是，就改为2019，然后返回true
        boolean b1 = atomicInteger.compareAndSet(5, 2019);
        System.out.println(b1 + " current data " + atomicInteger.get());
        // 这里由于在上一步以及将内存的值改为了2019，所以更新失败，无法修改为2020，返回false
        boolean b2 = atomicInteger.compareAndSet(5, 2020);
        System.out.println(b2 + " current data " + atomicInteger.get());
    }
}

打印结果

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

通过内存值与预期原值的比较，如果相等，则能将内存值修改为新值。

如果不想等，说明内存值已经被别的线程修改过了，不做处理。

CAS底层是通过调用UnSafe类中的CAS方法去实现的。

下面通过AtomicInteger的getAndIncrement()方法具体来看一下怎么实现的：

首先我们需要知道 AtomicInteger里面两个关键变量：

• ValueOffset：它是AtomicInteger对象内存中的偏移地址,因为UnSafe就是根据内存偏移地址获取数据的
• value：AtomicInteger具体存入的值，被volatile修饰,保证了多线程之间的可见性.

先看getAndIncrement()方法，调用的是unsafe的getAndAddInt()方法：

public final int getAndIncrement() {
    // this为当前对象，valueOffset偏移量（内存地址）
	return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

再进入getAndAddInt()方法：

这个方法通过自旋操作，与CAS比较与交换，当然还要记得内存值需要有volatile修饰成为可见的（这里的内存之就是AtomicInteger的value变量，已经修饰为volatile）,确保了原子性。所以i++操作换成AtomicInteger的getAndIncrement()方法就能保住原子性。

// 参数介绍，va1就是当前对象，var2就是偏移量，var4就是1
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    // 自旋操作
    do {
      // 通过当前对象和偏移量获取对应的内存值
      var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
 
      // 再一次通过var1(当前对象),var2(偏移量)获取内存里的值，然后与上一步获取的值var5做比较，如果相同，则更新内存里的值为var5 + 1,退出循环，如果不同，然后再一次循环，知道相同后更新退出
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
 
    return var5;
}

由此我们看出，CAS并没有像Synchronized那样加锁，由此他效率肯定是要高的，更加轻量级。

但是它也是有缺点的：

1.由于是自旋操作，如果长时间更新不成功，那么就会一直在那里无限循环，对CPU的消耗很大。

2.它只能保证一个共享变量的原子操作。

3.ABA问题，因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。

从jdk1.5开始，jdk中的Atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法的作用首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前标志是否等于预期标志，如果都相等，则以原子方式将该引用和标志的值设为给定的更新值。