笔记--CAS机制

今天学习了下CAS机制，顺便整理下知识点通过几个问题加强记忆：

1.什么是CAS机制？

答：CAS即Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并交换。

2.CAS机制的实现原理是什么?

答：CAS机制当中使用了3个基本操作数，内存地址V、旧的预期值A、要修改的新值B。更新一个变量的时候，只有当旧的预期值A与内存地址V中的实际值相同时，才会将内存地址V中对应的值修改为B。

下面举个例子：

1)内存地址V中存储着值为10的变量。

2)此时线程1想要把变量值加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

3)在线程1提交更新之前，另一个线程2提前一步将内存地址V中的变量值率先更新成了11。

4)线程1开始提交更新，首先进行A和地址V中的实际值比较(Compare)，发现A不等于V中的实际值，提交失败。

5)线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值，此时对线程1来说A=11,B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

6)这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V中的值，线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。

7)线程1进行Swap，把地址V的值替换为B，也就是12.

此系列步骤中涉及到以下几个问题：

问题一：如何保证获取的当前值是内存中的最新值？

答：用volatile关键字来保证。

问题二：如何保证比较和更新过程中的原子性？

答：比较和更新过程中的原子性是通过unsafe类来实现的，unsafe为我们提供了硬件级别的原子操作。

 

总结：从思想上来说，Synchionized属于悲观锁，悲观的认为程序中的并发情况严重，所以严防死守。CAS属于乐观锁，乐观的认为程序中的并发情况不那么严重，让线程不断去尝试更新。

 

3.Java当中哪些地方用到了CAS机制呢？

答：用到的地方有很多，包括Atomic系列类，以及Lock系列类的底层实现，甚至在Java1.6以上版本，Synchionized转变为重量级锁之前，也会采用CAS机制。

4.CAS机制存在什么样的缺点呢？

答：1）CPU开销较大：在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试去更新某一个变量，却又一直更新失败时，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

2）不能保证代码块的原子性：CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就只能使用Synchionized了。

3）ABA问题（重点）:

a、什么是ABA问题？

答：假设内存中又一个值为A的变量存储在内存地址V中，此时有三个线程使用CAS的方式更新这个变量的值，每个线程的执行时间有略微的偏差。线程1和线程2已经获取当前值，线程3还未获取当前值。

接下来，线程1先一步执行成功，把当前值成功从A更新为B；同时线程2因为某种原因被阻塞，没有做更新操作，线程3在线程1更新之后获得了当前值B。再之后线程2仍然阻塞，线程3继续执行，成功将当前值congB更新成了A。最后，线程2终于恢复了运行状态，由于阻塞之前已经获得了“当前值A”，并且经过compare检测，内存地址V中的实际值也是A，所以成功把变量A更新成了B。

在这个过程中，线程2获取到的变量值A是一个旧值，尽管和当前的实际值相同，但内存地址V中的变量已经经历了A->B->A的改变。

表面上看没有什么太大影响，但如果实际中利用CAS机制从取款机上取钱，假如一开始账户有100元，在取款机上取50元时，取款机出现问题同时提交了两次请求，第二次请求在执行时因某种原因阻塞了，这时候有人往你账户中打了50元后，线程二恢复了可执行态继续执行，这个时候就出问题了，原本线程二应该执行失败的，但比较后仍然与旧的预期值一致，账户实际上就会扣款两次。

对于此问题的解决方案是在Compare阶段我们不要只比较预期值，还应个比较变量的版本号是否一致，通过版本号比较就可以有效的解决ABA问题了。

 

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