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CAS原理、缺点、AtomicInteger使用解析

#### cas原理

CAS（Compare and Swap），即比较并替换, 是设计并发算法时用到的一种技术。简单来说，比较和替换是使用一个期望值和一个变量的当前值进行比较，如果当前变量的值与我们期望的值相等，就使用一个新值替换当前变量的值。

CAS有三个操作数：内存值V、旧的预期值A、要修改的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做并返回false。

在CAS中，比较和替换是一组原子操作，不会被外部打断，且在性能上更占有优势。

#### Unsafe提供了三个方法用于CAS操作

public final native boolean compareAndSwapObject(Object value, long valueOffset, Object expect, Object update);

public final native boolean compareAndSwapInt(Object value, long valueOffset, int expect, int update);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object value, long valueOffset, long expect, long update);

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#### 解析AtomicInteger

当我们使用 AtomicInteger 实现多线程的加操作时，分析源码

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {

    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates

    private static final Unsafe unsafe

         = Unsafe.getUnsafe();

    private static final long valueOffset;

    static {

        try {

            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField(

                        "value"));

        }

        catch (Exception ex) {

            throw new Error(ex);

        }

    }

    private volatile int value;

    public final int get() {

        return value;

    }

}

public final int getAndAdd(int delta) {

    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);

}

// 重点

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {

    int var5;

    do {

        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);

    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;

}

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#### 解析

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。
变量valueOffset，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. 我们在使用cas更新value的时候，没有用到volatile，但get、set方法获取value时用到了volatile的可见性。这样结合来看使得AtomicInteger类获取的是主存中最新的值且更新时cas是原子性操作。
假设线程A和线程B同时执行getAndAdd操作, 因为比较与替换是原子性操作，所以即使在var5获取到相同的值，也会是顺序的更新。

#### CAS缺点

ABA问题。

如果在这段期间曾经被改成B，然后又改回A，那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。针对这种情况，java并发包中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, 该类提供一个引用和计数变量。
循环时间长开销大。自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。
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

从Java1.5开始JDK提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作

原文 https://techwei.cn/2019/05/29/concurrentProgramming/cas/

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