Java并发之CAS与原子类实现原理讲解

最新推荐文章于 2025-05-22 20:15:24 发布

LiQiyaoo

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分类专栏： Java 文章标签： CAS Java并发 CAS原子操作 AtomicInteger concurrent

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/l_bestcoder/article/details/79304206

本文介绍了Java并发编程中的CAS操作和原子类，如AtomicInteger。CAS是硬件层面的原子操作，用于实现乐观锁，确保并发场景下的安全性。AtomicInteger的自增等操作依赖于CAS。同时，文章讨论了CAS的ABA问题及其解决方案，并提到了在高并发场景下，CAS配合volatile的使用方式。

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一、CAS是什么？

CAS的全称是Compare and Swap，即比较并交换。比较的是当前内存中存储的值与预期原值，交换的是新值与内存中的值。这个操作是硬件层面的指令，因此能够保证原子性。Java通过JNI（本地方法调用）来使用这个原子操作，也是乐观锁最常用的机制。

CAS操作包含三个操作数——内存位置、预期原值和新值。在执行CAS操作时，先进行Compare操作，即比较内存位置的值与预期原值是否相等，若相等，则执行Swap操作将新值放入该内存位置。若不相等，则不进行Swap操作。

这时你一定会想，为什么要这样做，预期值和原值究竟从哪来？

我将通过一个例子讲解，下面先考虑一下并发情况下的自增操作即如何实现。

如果把自增直接写成i++，那一定会出现并发问题，因为这不是原子操作，就不多说了。但是有了CAS操作之后，并发环境下的自增操作就可以很安全的实现了。下面来看一下如何借助CAS原子操作实现自增操作，先看一段伪代码。

        //自旋直到CAS操作成功
        do{
            oldValue = getCurrent(addr);//在执行CAS之前获取预期原值
            newValue = oldValue + 1;//根据预期原值做增加操作的到新值
        }while (!compareAndSwap(addr, oldValue, newValue));//执行CAS操作

（1）首先获得预期原值，因为在自增情况下，新值是依赖于旧值的。

（2）通过计算得到新值。在这个过程中，可能有其他线程对该内存位置的值进行更新（自增），因为我们采用乐观锁的概念，并没有对变量进行加锁。

（3）再执行CAS操作。首先比较预期原值与当前内存位置的值是否相等。若相同，说明在这期间，没有其他线程对该变量进行更新，没有并发问题发生，则可以执行swap操作对旧值进行更新；若不同，则说明在这期间，有其他线程对变量进行了更新，当前的newVal