CAS是什么？Atomic包知多少？

JDK1.5中增加的一个最主要的支持是Atomic类，如AtomicInteger、AtomicLong等，这些类可帮助最大限度地减少在多线程中对于一些基本操作（例如，增加或减少多个线程之间共享的值）的复杂性，而这些类的实现都依赖于CAS（compare and swap）的算法。

一、CAS

1.CAS原理

CAS的全称是Compare And Swap——比较交换，CAS中有三个核心参数：

• 主内存中存放的V值，所有线程共享。
• 线程上次从内存中读取的V值A存放在线程的帧栈中，每个线程私有。
• 需要写入内存中并改写V值的B值。也就是线程对A值操作后放入到主存V中。

CAS的核心是在将B值写入到V之前要比较A值和V值是否相同，如果不相同证明此时V值已经被其他线程改变，重新将V值赋给A，并重新计算得到B，如果相同，则将B值赋给V。

CAS是一种乐观锁，当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败，但失败的线程并不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，直到成功为止（JDK代码中采用while循环不断自旋）。由于无锁，因此不可能出现死锁的情况，也就是说无锁操作天生免疫死锁。

source: 全面了解Java中的CAS机制

2.CAS的优劣

cpu是时分复用的，也就是把cpu的时间片，分配给不同的thread/process轮流执行，时间片与时间片之间，需要进行cpu切换，也就是会发生进程的切换。如果采用悲观锁（如Sychronizied独占锁），在进程挂起和恢复执行过程中存在着很大的开销，同时当一个线程正在等待锁时，它不能做任何事。用乐观锁在读多写少的场景下，性能就会比较优越。

CAS之不足：

• 循环时间长开销很大：如果CAS失败，会一直进行尝试。如果CAS长时间一直不成功，可能会给CPU带来很大的开销。

• 只能保证一个共享变量的原子操作：当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁来保证原子性。

• ABA问题
  如果一开始位置V得到的旧值是A，当进行赋值操作时再次读取发现仍然是A，并不能说明变量没有被其它线程改变过。有可能是其它线程将变量改为了B，后来又改回了A。大部分情况下ABA问题不会影响程序并发的正确性，如果要解决ABA问题，可以用传统的互斥同步。Java并发包为了解决这个问题，提供了一个带有标记的原子引用类AtomicStampedReference，它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。

source: 面试必问的CAS，你懂了吗

二、Atomic原子包

原子更新基本类型主要包括3个类：

• AtomicBoolean：原子更新布尔类型
• AtomicInteger：原子更新整型
• AtomicLong：原子更新长整型

这3个类的实现原理和使用方式几乎是一样的，提供了原子自增方法、原子自减方法以及原子赋值方法等。原子类的内部几乎是基于Unsafe类中的CAS相关操作的方法实现的，这也同时证明其是基于无锁实现的。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，注意Unsafe类中的所有方法都是native修饰的，也就是说Unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务。

//JDK 1.7的源码，由for的死循环实现，并且直接在AtomicInteger实现该方法，
//JDK1.8后，该方法实现已移动到Unsafe类中，直接调用getAndAddInt方法即可
public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }

source:JAVA中的CAS

三、Volatile与自旋操作

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CAS自旋volatile变量，是一种很经典的用法。volatile 关键字不具有原子性，但是具有可见性和有序性，volatile 关键字由于不会引起线程上下文切换和调度，在只需要保证 可见性 或者 有序性 时，可以使用 volatile 关键字，提升性能，尤其是在CAS。

source :volatile和CAS