如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

最新推荐文章于 2026-01-09 15:15:24 发布
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#java #面试 #开发语言 #程序员 #架构

本文介绍了CAS（Compare-And-Swap）的概念，指出它是CPU并发原语，用于保证线程安全。通过Java的Unsafe类展示了CAS的使用，并分析了其底层汇编实现。文章还讨论了CAS的缺点，包括循环时间长、ABA问题，并提供了AtomicInteger的getAndIncrement()方法源码解析，帮助读者理解其原子性操作。最后，提醒读者深入理解并发原理以应对面试挑战。

前言

大家好，我是JAVA高级开发之路，一个总在为粉丝解决面试题的程序员。

最近有几个粉丝说在面试面试中遇到了CAS的问题，连着几次面试都没有让面试官满意，区区CAS底层源码，怎能难倒咱们这届程序员们呢？都支棱起来，跟我一起来搞定CAS底层源码。

什么是CAS

CAS的全称是Compare-And-Swap，它是CPU并发原语。

它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的

CAS并发原语体现在Java语言中就是sun.misc.Unsafe类的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法，JVM会帮我们实现出CAS汇编指令，这是一种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原子操作，再次强调，由于CAS是一种系统原语，原语属于操作系统应用范畴，是由若干条指令组成，用于完成某个功能的一个过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，也就是说CAS是一条CPU的原子指令，不会造成所谓的数据不一致的问题，也就是说CAS是线程安全的。

我们来先看下这个代码：

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

大家猜一下结果是什么？

第二次打印会不会被赋值为 9999

上面代码的执行结果为：

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

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如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

那么为什么回事这样的结果？我们一起来看看中间的原理

这是因为我们执行第一个的时候，期望值和原本值是满足的，因此修改成功，但是第二次后，主内存的值已经修改成了6666，不满足期望值，因此返回了false，本次写入失败

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

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如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

这个就像是git的版本号一样，如果没有更改那么就可以提交，否则先把以前的pull下来合并之后再去提交；

CAS的底层原理

首先我们先看看 
atomicInteger.getAndIncrement()方法的源码

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

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如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

在这里细心的读者就发现了底层调用了一共unsafe类的getAndAddAInt方法。

我们去看看unsafee方法

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

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如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

Unsafe是CAS的核心类，由于Java方法无法直接访问底层系统，需要通过本地（Native）方法来访问，Unsafe相当于一个后门，基于该类可以直接操作特定的内存数据。Unsafe类存在sun.misc包中，其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存，因为Java中的CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。

注意Unsafe类的所有方法都是native修饰的，也就是说unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应的任务。

为什么Atomic修饰的包装类，能够保证原子性，依靠的就是底层的unsafe类。

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

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如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

var5：就是我们从主内存中拷贝到工作内存中的值

那么操作的时候，需要比较工作内存中的值，和主内存中的值进行比较

假设执行 compareAndSwapInt返回false，那么就一直执行 while方法，直到期望的值和真实值一样

  • 如果相同，更新var5 + var4 并返回true
  • 如果不同，继续取值然后再比较，直到更新完成

  • val1：AtomicInteger对象本身
  • var2：该对象值得引用地址
  • var4：需要变动的数量
  • var5：用var1和var2找到的内存中的真实值用该对象当前的值与var5比较

这里没有用synchronized，而用CAS，这样提高了并发性，也能够实现一致性，是因为每个线程进来后，进入的do while循环，然后不断的获取内存中的值，判断是否为最新，然后在进行更新操作。

假设线程A和线程B同时执行getAndInt操作（分别跑在不同的CPU上）

1. AtomicInteger里面的value原始值为3，即主内存中AtomicInteger的 value 为3，根据JMM模型，线程A和线程B各自持有一份价值为3的副本，分别存储在各自的工作内存

2. 线程A通过getIntVolatile(var1 , var2) 拿到value值3，这是线程A被挂起（该线程失去CPU执行权）

3. 线程B也通过getIntVolatile(var1, var2)方法获取到value值也是3，此时刚好线程B没有被挂起，并执行了compareAndSwapInt方法，比较内存的值也是3，成功修改内存值为4，线程B打完收工，一切OK

4. 这是线程A恢复，执行CAS方法，比较发现自己手里的数字3和主内存中的数字4不一致，说明该值已经被其它线程抢先一步修改过了，那么A线程本次修改失败，只能够重新读取后在来一遍了，也就是在执行do while。

5. 线程A重新获取value值，因为变量value被volatile修饰，所以其它线程对它的修改，线程A总能够看到，线程A继续执行compareAndSwapInt进行比较替换，直到成功。

Unsafe类 + CAS思想：也就是自旋，自我旋转。

底层汇编

Unsafe类中的compareAndSwapInt是一个本地方法，该方法的实现位于unsafe.cpp中

  • 先想办法拿到变量value在内存中的地址
  • 通过Atomic::cmpxchg实现比较替换，其中参数X是即将更新的值，参数e是原内存的值

CAS缺点

CAS不加锁，保证一次性，但是需要多次比较

  • 但是对于多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候只能用锁来保证原子性

  • 循环时间长，开销大（因为执行的是do while，如果比较不成功一直在循环，最差的情况，就是某个线程一直取到的值和预期值都不一样，这样就会无限循环）
  • 只能保证一个共享变量的原子操作当对一个共享变量执行操作时，我们可以通过循环CAS的方式来保证原子操作
  • 引出来ABA问题？

ABA问题

总结

CAS

CAS是compareAndSwap，比较当前工作内存中的值和主物理内存中的值，如果相同则执行规定操作，否者继续比较直到主内存和工作内存的值一致为止

CAS应用

CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的更新值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，否则不操作

对此，你有什么要补充的吗？欢迎在评论区留言。

写在最后

现在很多程序员们面试都是靠背面试题，这个只能适用于基础面，如果想要去大厂的话，一定要把钻研深度，这样才能在众多面试者中脱颖而出。

随着金九银十的结束，也有很多粉丝私聊小编，说自己拿到了大厂offer，同时小编再三请求下才让他们整理出了这份最新的互联网大厂面经，

如果面试官问你CAS，你还这么答，可能就要回去等通知了

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​
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