多线程安全——CAS

城南孔乙己

已于 2022-02-10 22:04:23 修改

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分类专栏： Java 多线程与高并发文章标签：线程安全 java 多线程

于 2022-02-10 21:51:07 首次发布

本文链接：https://blog.csdn.net/java779808321/article/details/122860793

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CAS（Compare And Swap）是用于实现多线程同步的原子指令，确保在无锁情况下更新变量。Java 1.5引入了基于CPU CAS指令的并发包`java.util.concurrent.atomic`，通过`Unsafe`类实现，提供如AtomicInteger等原子类。CAS存在ABA问题、循环时间长开销大和只能保证单个变量原子性等缺陷，但能有效提升性能，常用于乐观锁实现。

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概念

在计算机科学中，比较和交换（Compare And Swap）是用于实现多线程同步的原子指令。它将内存位置的内容与给定值进行比较，只有在相同的情况下，将该内存位置的内容修改为新的给定值。这是作为单个原子操作完成的。原子性保证新值基于最新信息计算; 如果该值在同一时间被另一个线程更新，则写入将失败。操作结果必须说明是否进行替换; 这可以通过一个简单的布尔响应（这个变体通常称为比较和设置），或通过返回从内存位置读取的值来完成。

算法过程

CAS（Compare And Swap/Set）比较并交换，CAS 算法的过程是这样：它包含 3 个参数 CAS(V,E,N)。V 表示要更新的变量(内存值)，E 表示预期值(旧的)，N 表示新值。当且仅当 V 值等于 E 值时，才会将 V 的值设为 N，如果 V 值和 E 值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS 返回当前 V 的真实值。

CAS 操作是抱着乐观的态度进行的(乐观锁)，它总是认为自己可以成功完成操作。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。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理， CAS 操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。