【面试题】能聊聊你对CAS的理解以及其底层实现原理可以吗？

当多个线程要访问同一个数据时，包括取值、询问、修改时，必然会出现多线程并发安全问题

public class MyObject{
    int i = 0；
    public synchronized void increment（）{
        //同一时间，只有一个线程可以进入当前方法
        //在一个对象实例的方法上加synchronized
        i++;
    }
}

调用：
MyObject mo = new MyObject（）；
mo.increment（）；

这种加锁的方式是串行化，执行效率不高。多线程情况下，需要排队执行increment方法

 

使用并发包下的AtomicInteger类（底层基于CAS来进行实现）

public class MyObject{
    AtomicInteger i = new AtomicInteger（0）；
    public  void increment（）{
        //多个线程此时来执行这段代码
        //不需要synchronized加锁，也是线程安全的
        i.incrementAndGet();
    }
}

CAS全称 compare and set，CAS操作是原子的，底层会进行硬件之别的上锁，中间是不可以被打断的

（1）先读取当前值，假设i=0

（2）i++

（3）尝试设置i=1：先对比预期值是否为0，如果为0则设置i=1；

cas（v，expected，newValue）

    if（v==expected）

        v = newValue；

线程1与线程2同时调用incrementAndSet方法，只有一个线程能完成CAS。

CAS在底层的硬件级别保证一定是原子的，同一时间只有一个线程可以执行CAS，先比较再设置，其他线程的CAS同时间去执行，此时会失败。

假设：线程1成功CAS，线程2在CAS过程中发现值不对，会重新读取当前值，再次尝试CAS

AtomicXX类底层的实现原理实际上是CAS

 

【评论区】

CAS虽然高效的解决了原子操作问题，但仍然存在三大问题

1.ABA问题：如果变量V初次读取的时候值是A，后来变成了B，然后又变成了A，你本来期望的值是第一个A才会设置新值，第二个A跟期望不符合，但却也能设置新值。针对这种情况，java并发包中提供了一个带有标记的原子引用类AtomicStampedReference，它可以通过控制变量值的版本号来保证CAS的正确性，比较两个值的引用是否一致，如果一致，才会设置新值。但使用AtomicStampedReference就可以很好的解决这个问题。

2.无限循环问题（自旋）：看源码可知，Atomic类设置值的时候会进入一个无限循环，只要不成功，就会不停的循环再次尝试。在高并发时，如果大量线程频繁修改同一个值，可能会导致大量线程执行compareAndSet()方法时需要循环N次才能设置成功，即大量线程执行一个重复的空循环（自旋），造成大量开销。解决无限循环问题可以使用java8中的LongAdder，分段CAS和自动分段迁移。

3.多变量原子问题：只能保证一个共享变量的原子操作。一般的Atomic类，只能保证一个变量的原子性，但如果是多个变量呢？可以用AtomicReference，这个是封装自定义对象的，多个变量可以放一个自定义对象里，然后他会检查这个对象的引用是不是同一个。如果多个线程同时对一个对象变量的引用进行赋值，用AtomicReference的CAS操作可以解决并发冲突问题。 但是如果遇到ABA问题，AtomicReference就无能为力了，需要使用AtomicStampedReference来解决。