Java锁机制之CAS（一）

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#java #并发编程

本文深入解析了CAS(compareandswap)机制，一种在多线程环境中实现同步的重要手段。介绍了CAS的操作原理，包括其三个关键参数：内存位置、预期数值和新值。文章还探讨了Java中CAS的实现方式，以及处理器如何通过锁定总线或缓存来确保数据的一致性和并发控制。

导语

CAS 全称是 compare and swap，是一种用于在多线程环境下实现同步功能的机制。CAS 操作包含三个操作数:内存位置、预期数值和新值。CAS的实现逻辑是将内存位置处的数值与预期数值想比较，若相等，则将内存位置处的值替换为新值。若不相等，则不做任何操作。

简介

在 Java 中，Java 并没有直接实现 CAS，CAS 相关的实现是通过 C++ 内联汇编的形式实现的。Java 代码需通过 JNI 才能调用。接下来将会再介绍一点其他的背景知识。有这些背景知识，才能更好的理解后续的内容。

背景介绍

我们都知道，CPU 是通过总线和内存进行数据传输的。在多核心时代下，多个核心通过同一条总线和内存以及其他硬件进行通信。如下图：
在这里插入图片描述

图片出处：《深入理解计算机系统》

上图是一个较为简单的计算机结构图，虽然简单，但足以说明问题。在上图中，CPU 通过两个蓝色箭头标注的总线与内存进行通信。大家考虑一个问题，CPU 的多个核心同时对同一片内存进行操作，若不加以控制，会导致什么样的错误？

不过我们不用担心这个问题，在 Intel 处理器中，有两种方式保证处理器的某个核心独占某片内存区域。第一种方式是通过锁定总线，让某个核心独占使用总线，但这样代价太大。总线被锁定后，其他核心就不能访问内存了，可能会导致其他核心短时内停止工作。第二种方式是锁定缓存，若某处内存数据被缓存在处理器缓存中。处理器发出的 LOCK# 信号不会锁定总线，而是锁定缓存行对应的内存区域。其他处理器在这片内存区域锁定期间，无法对这片内存区域进行相关操作。相对于锁定总线，锁定缓存的代价明显比较小。

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