【面试八股】：CAS指令

news2025/4/1 1:36:20

一、CAS 面试题

1. 说说CAS、CAS有什么问题（ABA)?(美团一面）

Compare And Swap 对比交换（原子指令）

CAS是 CPU指令 操作系统原生 API，JVM对它进行了封装（C++)，供我们使用。

通过判断内存和 寄存器（预期值） 中的值是否一致，来决定是否执行 写指令，改变内存的值

判断在赋值前是否有 其他线程改变了内存中的值，一致就说明没有改变，通过赋值改变内存中的值。不一致就返回，预期值改变去进行下一次循环。

2. CAS如果失败会发生什么?（科大讯飞Java后端）

CAS一般搭配循环使用，循环中每次CAS失败后，预期值会被更新为最新的内存值！！！

然后进入循环再次进行CAS操作

二、原子类

利用CAS原子的特性，对读写操作的一体操作，封装成一个个类

它们对基本数据类型 int double.....进行了封装，提供一些作用与 ++ ,+=,这类操作的方法，区别是它们操作是原子的，所以不会出现线程安全问题，我们常用的是 Integer 和 Long 类型。

1. 常用方法：

2. 代码示例：

三、CAS实现自旋锁

1. 伪代码：

通过 CAS 看当前锁是否被某个线程持有.
// 如果这个锁已经被别的线程持有, 那么就自旋等待.
// 如果这个锁没有被别的线程持有, 那么就把 owner 设为当前尝试加锁的线程.

public class SpinLock {
 private Thread owner = null;
 public void lock(){
 // 通过 CAS 看当前锁是否被某个线程持有.  
 // 如果这个锁已经被别的线程持有, 那么就⾃旋等待.  
 // 如果这个锁没有被别的线程持有, 那么就把 owner 设为当前尝试加锁的线程.  
 while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())){
 }
 }
 public void unlock (){
 this.owner = null;
 }
}

四、ABA问题（详解）

我们已经知道了CAS这条指令的基本原理，就是判断当前内存中的值是否和我们预期的值一致，来判断是否有其他线程已经修改过内存中的值，成功就执行写操作，失败就改变预期值，从而实现原子的特性，这一切看着很合理。

但是它有个缺陷：ABA问题，这个问题就是说，我们在判断是否与预期值一致的时候，如果已经有个线程将内存中的 A 改成别的 B ，又将它改成 A ，CAS是察觉不到的，这就是ABA问题。

一般这也不会出大问题，但是有极端情况

举个栗子：

假设你的银行卡内有1000元，现在你往出转账500元，ATM机卡了，你狂点两下，意外产生两个线程，都是要-500元

第一个线程：内存值是1000，预期值是1000，判断相等后，执行-500的操作，

第二个线程：内存变成500，预期值1000，不相等，不执行

上方线程二出现问题，结束，这是完美结局。

假如！！！！情况变了，第一个线程执行完，中间的时候有人给你转账500，

线程二读内存发现 内存是1000（500+500），预期是1000，🆗了直接-500........

这样的结果就是，你卡里有1000，转出去500，进去500，一看余额不是1000了，变成500了，寄了。。。。。

虽然我们说，这个情况太巧合了，正好出来两个线程，正好两个线程中间加了和扣款相同数目的钱，可是再小的概率，这件事也一定会出现，我们就提出了针对ABA问题的解决策略。

1. 解决策略：

对内存中的值赋予一个 版本号，版本号 只加不减 ，每经历一次操作成功，版本号++，如果发现接下来的操作中，版本号 高于我们预期的版本号，就不执行操作。

拿我们刚刚的例子来说：我们给余额一个版本号 并且初始化为 1 ，经过第一次取钱，版本号变成2

经过别人转给你，变成3，等到第二个线程，版本号为2才执行，发现你这里是3，直接不执行了

通常会采用一些方法来增加版本号的唯一性，比如使用时间戳、随机数等来初始化版本号。

但是时间戳的使用也要谨慎，因为我们的地球公转时间和自转时间不是标准的365倍，所以我们要每四年为一个闰年，这一年会多一天，但是我们为了计算机的时间准度，我们会执行闰秒，也就是手动把时间往回调1秒这样，会每隔一段时间执行闰秒。根据的是国家授时中心的数据，往往这一秒就会导致一些问题，所以时间虽然是正向流逝的，但是也有倒流的情况，用时间戳要谨慎......