CAS的使用场景

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于 2025-02-13 12:29:28 发布 · 1.2k 阅读

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CAS（Compare-and-Swap，比较并交换）作为一种无锁（乐观锁）的原子操作，在并发编程中有着广泛的应用。以下是 CAS 的一些主要使用场景

一、实现无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）

这是 CAS 最重要的应用场景之一。无锁数据结构不使用传统的互斥锁（例如 synchronized 或 ReentrantLock）来实现线程安全，而是依赖于 CAS 等原子操作。

1. 无锁队列（Lock-Free Queue）：
- 应用场景： 高并发、低延迟的消息队列、任务队列等。
- 原理： 使用 CAS 操作来原子性地更新队列的头指针、尾指针等关键数据，避免了多个线程同时修改队列结构时的数据竞争。
- 优势： 避免了锁带来的死锁和上下文切换开销，在高并发场景下通常具有更好的性能。
- 典型实现：
  - Java 并发包中的 ConcurrentLinkedQueue（单向链表实现的无锁队列）。
  - Disruptor（高性能无锁队列，环形缓冲区结构）。
  - Mpsc Queue in Netty
2. 无锁栈（Lock-Free Stack）：
- 应用场景： 需要线程安全地进行栈操作的场景，例如线程池中的任务栈。
- 原理： 使用 CAS 操作来原子性地更新栈顶指针。
- 典型实现：
  - Java 并发包中的 ConcurrentLinkedDeque（双端队列，也可以用作栈）。
- 代码示例：（简化）
```
public class LockFreeStack<T> {
     
     
    private AtomicReference<Node<T>> top = new AtomicReference<>();

    public void push(
```