【juc】谈谈CAS机制

1.说明

• 1.CAS（Compare and Swap）机制，即比较并交换机制，是一种用于实现并发算法的重要技术。
• 2.CAS机制涉及三个核心操作数：内存地址V、期望值A和新值B。
• 3.其操作原理可以概括为：先比较内存地址V中的值与期望值A是否相等，如果相等，则将新值B写入内存地址V中；如果不相等，则说明有其他线程修改了该值，此时CAS操作失败，需要重新尝试。
• 4.CAS机制是一种重要的并发编程技术，它具有原子性、非阻塞性和无锁算法等特点，可以用于实现无锁数据结构、线程安全的计数器和并发容器等。

2.CAS机制的特点

• 1.原子性：CAS操作是由硬件保证的原子性指令，这意味着在CAS操作执行期间，不会被其他线程打断，从而保证了数据的一致性。
• 2.非阻塞性：CAS操作是一种乐观锁机制，它不会阻塞线程，而是允许线程在失败时继续尝试，这有助于提高系统的吞吐量和响应性能。
• 3.无锁算法：CAS机制是实现无锁算法的基础，它避免了传统锁机制中可能发生的死锁和线程饥饿问题。

3.CAS机制的应用

• 1.实现无锁数据结构：CAS机制可以用于实现各种无锁数据结构，如无锁队列、无锁栈等，这些数据结构在多线程环境下具有更高的并发性能。
• 2.实现线程安全的计数器：通过CAS机制，可以实现线程安全的计数器，如AtomicInteger、AtomicLong等，这些计数器在多线程环境下可以确保计数的准确性。
• 3.并发容器：Java中的并发容器，如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue等，都使用了CAS机制来实现线程安全性和高效的并发访问。

4.CAS机制的问题

4.1 ABA问题

• 1.在CAS操作过程中，如果变量的值被改为了A、B、再改回A，而CAS操作是能够成功的，这可能导致程序出现意外的结果。
• 2.为了解决这个问题，可以使用AtomicStampedReference类，该类通过引入版本号的方式来解决ABA问题。

4.2 自旋次数的权衡

• 1.CAS操作在进行比较和交换时，需要在循环中进行自旋，直到成功为止。
• 2.自旋次数的多少会直接影响系统的性能和资源消耗。
• 3.如果自旋次数过少，可能会导致CAS操作频繁失败，增加了系统开销；如果自旋次数过多，可能会浪费系统资源。
• 4.在实际应用中，需要根据具体情况权衡自旋次数，以达到性能和资源消耗的平衡。