对 cas 操作的理解

最新推荐文章于 2024-12-20 09:48:32 发布

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本文深入解析了CAS（Compare and Swap）机制的基本原理与应用场景，详细介绍了CAS作为一种乐观锁技术如何通过比较并交换操作来解决并发问题，同时探讨了CAS在多处理器架构中的实现方式及其在Java中的模拟实现。

cas官方说明：

Compare and Swap，比较并操作，CPU指令，在大多数处理器架构，包括IA32、Space中采用的都是CAS指令，CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值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，否则什么都不做。

cas 是操作系统指令，目前绝大多数处理器使用这个指令架构。

cas 是通过锁cpu 的核的高速缓存或者地址总线（锁地址总线是针对多cpu的分布式系统）实现的。
cas 是一套指令。

通过一个cas操作执行一个指令，首先，这一套指令的第一条是要获取目标值放入在对应的缓存中。

但是此时：有线程去回写内存的某一个地址的时候，其他线程的操作是不能获取cas 目标值的。只有等这个操作结束，才能执行cas操作. 这是其一。

cas操作最根本的是针对并发，很多内核或者线程已经同时获取到目标值，接着就是执行操作，然后写回内存。在写回去，又会再一次获取目标值，比对之前记录的目标值是不是一样，一样就基于目标值操作。否则更新目标值，直到目标值比对结果一样，那么就基于最新的目标值操作（不断尝试，最终肯定操作成功）。
可见cas 其二的关键因子：跟近目标值，将其他线程的同步操作进行更新，然后操作。

cas 本质上也有锁，因为某一cpu或者线程正在操作值，恰恰另外的cpu也要进行操作，但是需要先获取目标值那么此时是不能获取目标值的，因为，cas对应的保护地址在操作中，其他cpu一旦又操作，地址将被锁住，或者缓存将被锁住。cas有对应的地址被记录而加锁保护，这种锁基于硬件的。

cas是硬件指令，c层代码可以调用，java层无法直接调用。

使用java 模拟cas操作：

public class CASCount implements Runnable {
    
    private SimilatedCAS counter = new SimilatedCAS();  

    @Override
    public void run() {
         for (int i = 0; i < 10000; i++) {  
                System.out.println(this.increment());  
         }  
    }
    
    public int increment() {
        int oldValue = counter.getValue();
        int newValue = oldValue + 1;
        
        while (!counter.compareAndSwap(oldValue, newValue)) { //如果CAS失败,就去拿新值继续执行CAS
              oldValue = counter.getValue();  
              newValue = oldValue + 1;  
        }
        
        return newValue;
    }
    
    public static void main(String[] args) {  
        Runnable run = new CASCount();  
  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
        new Thread(run).start();  
    }  
}
class SimilatedCAS {
    private int value;
    
    public int getValue() {
        return value;
    }
    
    // 这里只能用synchronized了,毕竟无法调用操作系统的CAS  
    public synchronized boolean compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {  
        if (value == expectedValue) {  
            value = newValue;  
            return true;  
        }  
        return false;  
    }  
}