什么是CAS

????CAS的全稱為Compare-And-Swap，直譯就是對比交換。是一條CPU的原子指令，其作用是讓CPU先進行比較兩個值是否相等，然后原子地更新某個位置的值，經過調查發現，其實現方式是基于硬件平臺的匯編指令，就是說CAS是靠硬件實現的，JVM只是封裝了匯編調用，那些AtomicInteger類便是使用了這些封裝后的接口。
????簡單解釋：CAS操作需要輸入兩個數值，一個舊值（期望操作前的值）和一個新值，在操作期間先比較下在舊值有沒有發生變化，如果沒有發生變化，才交換成新值，發生了變化則不交換。
????CAS操作是原子性的，所以多線程并發使用CAS更新數據時，可以不使用鎖。JDK中大量使用了CAS來更新數據而防止加鎖（synchronized 重量級鎖）來保持原子更新。
????相信sql大家都熟悉，類似sql中的條件更新一樣：update set id=3 from table where id=2。因為單條sql執行具有原子性，如果有多個線程同時執行此sql語句，只有一條能更新成功。

????如果不使用CAS，在高并發下，多線程同時修改一個變量的值我們需要synchronized加鎖（可能有人說可以用Lock加鎖，Lock底層的AQS也是基于CAS進行獲取鎖的）。

public class Test {private int i=0;public synchronized int add(){return i++;} }

????java中為我們提供了AtomicInteger 原子類（底層基于CAS進行更新數據的），不需要加鎖就在多線程并發場景下實現數據的一致性。

public class Test {private AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);public int add(){return i.addAndGet(1);} }

java.util.concurrent包都中的實現類都是基于volatile和CAS來實現的。尤其java.util.concurrent.atomic包下的原子類。

簡單介紹下volatile特性：
1. 內存可見性（當一個線程修改volatile變量的值時，另一個線程就可以實時看到此變量的更新值）
2. 禁止指令重排（volatile變量之前的變量執行先于volatile變量執行，volatile之后的變量執行在volatile變量之后）

AtomicInteger 源碼解析

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();private static final long valueOffset;static {try {//用于獲取value字段相對當前對象的“起始地址”的偏移量valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }}private volatile int value;//返回當前值public final int get() {return value;}//遞增加detlapublic final int getAndAdd(int delta) {//三個參數，1、當前的實例 2、value實例變量的偏移量 3、當前value要加上的數（value+delta）。return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);}//遞增加1public final int incrementAndGet() {return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;} ... }

我們可以看到 AtomicInteger 底層用的是volatile的變量和CAS來進行更改數據的。
volatile保證線程的可見性，多線程并發時，一個線程修改數據，可以保證其它線程立馬看到修改后的值
CAS 保證數據更新的原子性。

Unsafe源碼解析

下面分析下Unsafe 類中的實現。代碼反編譯出來的。

public final int getAndAddInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt){int i;doi = getIntVolatile(paramObject, paramLong);while (!compareAndSwapInt(paramObject, paramLong, i, i + paramInt));return i;}public final long getAndAddLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2){long l;dol = getLongVolatile(paramObject, paramLong1);while (!compareAndSwapLong(paramObject, paramLong1, l, l + paramLong2));return l;}public final int getAndSetInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt){int i;doi = getIntVolatile(paramObject, paramLong);while (!compareAndSwapInt(paramObject, paramLong, i, paramInt));return i;}public final long getAndSetLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2){long l;dol = getLongVolatile(paramObject, paramLong1);while (!compareAndSwapLong(paramObject, paramLong1, l, paramLong2));return l;}public final Object getAndSetObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2){Object localObject;dolocalObject = getObjectVolatile(paramObject1, paramLong);while (!compareAndSwapObject(paramObject1, paramLong, localObject, paramObject2));return localObject;}

從源碼中發現，內部使用自旋的方式進行CAS更新（while循環進行CAS更新，如果更新失敗，則循環再次重試）。

又從Unsafe類中發現，原子操作其實只支持下面三個方法。

public final native boolean compareAndSwapObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2, Object paramObject3);public final native boolean compareAndSwapInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt1, int paramInt2);public final native boolean compareAndSwapLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2, long paramLong3);

我們發現Unsafe只提供了3種CAS方法：compareAndSwapObject、compareAndSwapInt和compareAndSwapLong。都是native方法。

AtomicBoolean 源碼解析

public class AtomicBoolean implements java.io.Serializable {private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();private static final long valueOffset;static {try {valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicBoolean.class.getDeclaredField("value"));} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }}private volatile int value;public AtomicBoolean(boolean initialValue) {value = initialValue ? 1 : 0;}public final boolean compareAndSet(boolean expect, boolean update) {int e = expect ? 1 : 0;int u = update ? 1 : 0;return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, e, u);}... }

從AtomicBoolean源碼，發現他底層也是使用volatile類型的int 變量，跟AtomicInteger 實現方式一樣，只不過是把Boolean轉換成 0和1進行操作。

所以原子更新char、float和double變量也可以轉換成int 或long來實現CAS的操作。

CAS缺點

ABA問題。因為CAS需要在操作值的時候檢查下值有沒有發生變化，如果沒有發生變化則更新，但是如果一個值原來是A，變成了B，又變成了A，那么使用CAS進行檢查時會發現它的值沒有發生變化，但是實際上卻變化了。ABA問題的解決思路就是使用版本號。在變量前面追加上版本號，每次變量更新的時候把版本號加一，那么A-B-A 就會變成1A-2B-3A。
從Java1.5開始JDK的atomic包里提供了一個類AtomicStampedReference來解決ABA問題。這個類的compareAndSet方法作用是首先檢查當前引用是否等于預期引用，并且當前標志是否等于預期標志，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該標志的值設置為給定的更新值。

循環時間長開銷大。自旋CAS如果長時間不成功，會給CPU帶來非常大的執行開銷。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的java中的CAS和原子类的实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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