浅谈JAVA中的CAS

CAS(Compare-And-Swap)是CPU提供的一种原子操作,用于并发编程中保证数据一致性。它通过比较内存中指定位置的值与预期值,若相等则更新为新值。在Java中,CAS主要由sun.misc.Unsafe类实现,常用于无锁编程。CAS操作避免了锁带来的开销,但可能会导致自旋问题。其应用包括在并发容器如ConcurrentHashMap中。

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1.CAS:全称 Compare-And-Swap,它是一条CPU并发原语。
2.功能:判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更改为新的值,这个过程是原子的。(就是用来比较某线程工作内存中的值和主内存中的值,如果相同则执行规定工作,否则继续比较知道两者的值一致为之)
3.实现:CAS并发原语体现在JAVA语言中就是sun.misc.Unsafe类中的各个方法。调用Unsafe中的CAS方法,JVM会帮我们实现出CAS汇编指令。(强调:由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用语范畴,是由若干条指令组成的,用于完成某个功能的一个过程,并且原语的执行必须是连续的,执行过程不允许被打断,也就是说CAS是一条CPU的原子指令,不会造成所谓的数据不一致问题
4.应用:CAS有三个操作数,内存之V,旧的预期值A,要修改的更新值B,当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B。

### Java 中的 CAS (Compare-And-Swap) 集成与实现 在多线程环境中,CAS 是一种无锁算法技术,用于原子操作。Java 提供了 `java.util.concurrent.atomic` 包来支持这些原语。 #### 使用 AtomicBoolean 类进行 CAS 操作 ```java import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean; public class CasExample { private static final AtomicBoolean flag = new AtomicBoolean(false); public void setFlag(boolean newValue) { boolean oldValue; do { oldValue = flag.get(); } while (!flag.compareAndSet(oldValue, newValue)); } } ``` 这段代码展示了如何通过循环调用 `compareAndSet()` 方法来进行 CAS 操作[^1]。如果当前值等于预期旧值,则设置新值并返回 true;否则继续尝试直到成功为止。 #### 自定义类中的 CAS 实现 对于更复杂的数据结构或对象属性更新需求,可以创建自定义类继承于 `AtomicReference<V>` 或者其他合适的 atomic 类型: ```java import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray; class Counter { private AtomicIntegerArray counts; public Counter(int size) { this.counts = new AtomicIntegerArray(size); } // 增加指定索引处计数器的值 public int incrementAndGet(int index) { for (;;) { // Infinite loop until successful update int current = counts.get(index); int next = current + 1; if (counts.compareAndSet(index, current, next)) { return next; } } } } ``` 此示例中实现了基于数组位置的安全递增方法,在高并发场景下能够有效防止竞争条件的发生。
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