CAS的使用

最新推荐文章于 2025-03-13 17:50:17 发布

Ting-yu

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文章标签： java 数据结构开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2303_78892316/article/details/135600246

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本文介绍了CAS（CompareandSwap）的基本概念、在Java并发编程中的应用，如原子类实现和自旋锁，以及ABA问题的产生、影响示例和解决方案，强调了版本号在避免ABA问题中的关键作用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1. 什么是CAS

CAS全称：compare and swap ，即为比较和交换。一个CAS涉及以下操作：

我们假设内存中的原数据 V，旧的的预期值为 A ，需要修改为B

比较A与V是否相等（比较）
如果相等，将B写入V（交换）
返回是否交换成功

CAS伪代码：

boolean CAS(V, A, B) {
    if (V == A) {
        V = B;
        return true;
    }
    return false;
}

这三个操作是通过单个cpu指令完成的.

2. CAS的应用

2.1 实现原子类

标准库中提供了 java.util.concurrent.atomic 包,⾥⾯的类都是基于这种⽅式来实现的.
典型的就是AtomicInteger类.其中的getAndIncrement相当于i++操作.

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
// 相当于 i++
atomicInteger.getAndIncrement()

伪代码实现：

class AtomicInteger {
    private int value;
    public int getAndIncrement() {
        int oldValue = value;
        while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {
            oldValue = value;
        }
        return oldValue;
    }
}

假设有两个线程同时修改value，由于每次调用CAS时我们都会把当前的value和之前的value传入CAS，如果value == oldValue 则才会对value进行更改，于是保证了该操作的原子性。

2.2 实现自旋锁

伪代码：

public class SpinLock {
    private Thread owner = null;
    public void lock(){
        // 通过 CAS 看当前锁是否被某个线程持有.
        // 如果这个锁已经被别的线程持有, 那么就⾃旋等待.
        // 如果这个锁没有被别的线程持有, 那么就把 owner 设为当前尝试加锁的线程.
        while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())){

        }
    }
    public void unlock (){
        this.owner = null;
    }
}

3. CAS的ABA问题

3.1 什么是ABA问题

假设存在两个线程t1和t2.有⼀个共享变量num,初始值为A.接下来.线程t1想使⽤CAS把num值改成Z,那么就需要先读取num的值,记录到oldNum变量中.使⽤CAS判定当前num的值是否为A,如果为A,就修改成Z.
但是,在t1执⾏这两个操作之间,t2线程可能把num的值从A改成了B,⼜从B改成了A线程t1的CAS是望num不变就修改.但是num的值已经被t2给改了.只不过⼜改成A了.这个时候t1究竟是否要更新num的值为Z呢?
到这⼀步,t1线程⽆法区分当前这个变量始终是A,还是经历了⼀个变化过程。