深入理解JUC：第二章：CAS：CompareAndSwap底层原理

CAS机制解析

最新推荐文章于 2025-03-20 07:30:00 发布

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本文深入解析了CAS（CompareAndSwap）机制，介绍了其在多线程环境下如何实现变量的比较与交换，确保操作的原子性。通过示例代码展示了AtomicInteger类的使用，以及CAS在解决原子性问题上的应用。同时，文章探讨了CAS的潜在缺点和引出的ABA问题。

CAS是什么？

CAS是CompareAndSwap的缩写，作用是比较与交换。

线程对变量的读取赋值等操作，要先将变量从主内存拷贝自己线程的工作内存空间，在工作内存中进行操作，操作完成后再将变量写回主内存

package com.javaliao.backstage;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Demo {
    //主线程main，程序入口
    public static void main(String[] args) {
        //原子类整型，在主内存中创建这个对象给初始值为5，默认初始值为0
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
        //当线程中的工作内存要写回主内存时，拿第一个参数作为期望值和主内存中的值进行比较，如果期望值和主内存中的值相同都为5，更新值主内存中的值为2019
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"\t : "+ atomicInteger.get());

        //线程a
        new Thread(()->{
        //现在主内存中对象的值已经为2019了，期望值为5，和主内存中对象的值不一样，无法将1024写回主内存
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 1024)+"\t : "+ atomicInteger.get());
        },"a").start();
        
    }
}

控制台：

这就是为什么我上一章讲的使用AtomicInteger可以解决原子性，因为他在写回主内存时会有一个比较并交互。

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();//默认初始值为0
atomicInteger.getAndIncrement();//加一的操作

调用的getAndIncrement()方法：

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;

    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;

    static {
        try {
            //通过objectFieldOffset方法获取内存地址或者说是内存偏移量
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

    private volatile int value;
 
    public final int getAndIncrement() {
        //this是当前对象，valueOffset是内存地址，1是写死的value值
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

可以看到方法体内又通过调用Unsafe类中的getAndAddInt()方法

源码分析：

//获取当前对象的地址值，var1是这个对象，var2的内存地址，相当于当前线程先从主内存中拷贝变量的值到自己的工作内存中var5就是工作内存中的变量值
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2)
//调用CAS方法类型是Int类型的，当前对象（var1）的地址的值（var2的值）和期望值（var5）相同，就将更新值（var5+var4）写回主内存
this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)
//只有比较成功才可以写回