美团终面：你确定CAS不加锁吗？

最新推荐文章于 2025-12-24 10:29:31 发布

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#java #jvm #中间件 #开发语言

文章介绍了CAS（CompareAndSwap）乐观锁的概念，以Java中的AtomicInteger类为例，展示了如何在不使用锁的情况下保证线程安全。CAS操作基于Unsafe类，Unsafe提供了硬件级别的原子操作。在x86架构中，CAS通常由cmpxchg指令实现，通过锁定总线来保证原子性。文章指出，虽然在硬件层面存在锁机制，但CAS提供了非阻塞的并发解决方案。

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来源：Hollis

CAS大家都知道，这是一项乐观锁技术，是Compare And Swap的简称，顾名思义就是先比较再替换。

虽然他叫乐观锁，但是我们都知道它是不需要加锁的，在JDK1.5 中的JUC就是建立在CAS之上的。相对于synchronized这种阻塞算法，CAS是非阻塞算法的一种常见实现。所以J.U.C在性能上有了很大的提升。

我们以java.util.concurrent中的AtomicInteger为例，看一下在不使用锁的情况下是如何保证线程安全的。主要理解getAndIncrement方法，该方法的作用相当于 ++i 操作：

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

        private volatile int value;  

    public final int get() {  
        return value;  
    }  

    public final int getAndIncrement() {  
        for (;;) {  
            int current = get();  
            int next = current + 1;  
            if (compareAndSet(current, next))  
                return current;  
        }  
    }  

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {  
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);  
    }  
}

getAndIncrement采用了CAS操作，每次从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作，如果成功就返回结果，否则重试直到成功为止。而compareAndSet利用unsafe的compareAndSwapInt方法实现的。

啥是Unsafe呢？

Unsafe是CAS的核心类。因为Java无法直接访问底层操作系统，而是通过本地（native）方法来访问。不过尽管如此，JVM还是开了一个后门，JDK中有一个类Unsafe，它提供了硬件级别的原子操作。

Unsafe是Java中一个底层类，包含了很多基础的操作，比如数组操作、对象操作、内存操作、CAS操作、线程(park)操作、栅栏（Fence）操作，JUC包、一些三方框架都使用Unsafe类来保证并发安全。

Unsafe类提供了硬件级别的原子操作，如CAS原子操作。

但是，大家有没有想过这样的问题：

硬件层面CAS又是如何保证原子性的呢？真的完全没加锁吗？

拿比较常见的x86架构的CPU来说，其实 CAS 操作通常使用 cmpxchg 指令实现的。

可是为啥cmpxchg 指令能保证原子性呢？主要是有以下几个方面的保障：

cmpxchg 指令是一条原子指令。在 CPU 执行 cmpxchg 指令时，处理器会自动锁定总线，防止其他 CPU 访问共享变量，然后执行比较和交换操作，最后释放总线。
cmpxchg 指令在执行期间，CPU 会自动禁止中断 。这样可以确保 CAS 操作的原子性，避免中断或其他干扰对操作的影响。
cmpxchg 指令是硬件实现的，可以保证其原子性和正确性。CPU 中的硬件电路确保了 cmpxchg 指令的正确执行，以及对共享变量的访问是原子的。

所以，在操作系统层面，CAS还是会加锁的，通过加锁的方式锁定总线，避免其他CPU访问共享变量。

所以，解决并发问题，归根结底还得靠锁！！！

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