CAS原理
文章目录
- CAS原理
- 1. 概述
- 2. 原理
- 3. Unsafe
- 4. CAS与自旋锁
1. 概述
compare and swap的缩写，中文翻译成比较并交换,实现并发算法时常用到的一种技术。它包含三个操作数一一内存位置、预期原值及更新值
执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较:
- 如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值；
- 如果不匹配，处理器不做任何操作，多个线程同时执行CAS操作只有一个会成功
CAS有3个操作数，位置内存值V，旧的预期值A，要修改的更新值B。
当且仅当旧的预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做或重来，当它重来重试的这种行为成为----自旋！
CAS是靠硬件实现的从而在硬件层面提升效率，最底层还是交给硬件来保证原子性和可见性实现方式是基于硬件平台的汇编指令，在intel的CPU中(X86机器上)，使用的是汇编指令cmpxchg指令
核心思想就是:比较更新变量的值V和预期值E (compare)，相等才会将V的值设为新值N (swap)如果不相等自旋再来
2. 原理
CAS是JDK提供的非阻塞原子性操作，它通过硬件保证了比较-更新的原子性。它是非阻塞的且自身具有原子性，也就是说这玩意效率更高且通过硬件保证，说明这玩意更可靠。
CAS是一条CPU的原子指令 (cmpxchg指令)，不会造成所谓的数据不一致问题，Unsafe提供的CAS方法(如compareAndSwapXXX) 底层实现即为CPU指令cmpxchg。
执行cmpxchg指令的时候，会判断当前系统是否为多核系统，如果是就给总线加锁，只有一个线程会对总线加锁成功，加锁成功之后会执行cas操作，也就是说CAS的原子性实际上是CPU实现独占的，比起用synchronized重量级锁， 这里的排他时间要短很多， 所以在多线程情况下性能会比较好
3. Unsafe
- 是CAS的核心类，由于Java方法无法直接访问底层系统，需要通过本地(native) 方法来访问，Unsafe相当于一个后门，基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.misc包中，其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存，因为Java中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法
- 变量valueOfset，表示该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
- 变量value用volatile修饰，保证了多线程之间的内存可见性
CAS并发原语体现在JAVA语言中就是sun.misc.Unsafe类中的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法，JVM会帮我们实现出CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原子操作。再次强调，由于CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用语范畴，是由若干条指令组成的，用于完成某个功能的一个过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，也就是说CAS是一条CPU的原子指今，不会造成所谓的数据不一致问题
4. CAS与自旋锁
可参考
- 多线程锁-自旋锁
