Java基础之CAS深入解析

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目录：

1. CAS是什么
2. CAS底层原理Unsafe深入解析
3. CAS缺点

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引子：蚂蚁花呗一面：讲一讲AtomicInteger,为什么要用CAS而不是synchronized？

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1. CAS是什么

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1. CAS的全称为Compare-And-Swap，它是一条CPU并发原语。

2. 它的功能是判断内存某个位置的值是否为期望值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的。

3. CAS并发原语体现在JAVA语言中就是sun.misc.Unsafe类中的CAS方法，JVM会帮我们实现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，原语属于作系统用语范畴范，是由若干条指令组成的，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，也就说CAS是一条CPU的原了指令，不会造成所谓的数据不一致问题。

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简单测试代码：

public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
        
        // main do thing
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 6)+"current data:"+atomicInteger.get());

        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"current data:"+atomicInteger.get());
    }
}

编译结果：

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2. CAS底层原理Unsafe深入解析

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1. 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内存的数据。Unsafe类存在于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CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。

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

3. 原子整型在i++中操作多线程环境下不需要加synchronized，也能保证线程安全，是因为它用的是Unsafe类，源代码如下：
   
   

4. 源码解析，图如下
   
   解析：getAndAddInt()方法底层调用的是unsafe，传三个参数，当前对象，内存地址偏移量，增量1，底层调用的是CAS思想，如果比较成功+1，失败再重新获得比较一次，直至成功为止。

   

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假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作（分别跑在不同CPU上）：

1. Atomiclnteger里面的value原始值为3，即主内存中Atomiclnteger的value为3，根据JMM模型，线程A和线程B各自持有一份值为3的value的副本分别到各自的工作内存。

2. 线程A通过getIntVolatile(var1，var2）拿到value值3，这时线程A被挂起。

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

4. 这时线程A恢复，执行compareAndSwaplnt方法比较，发现自己手里的值数字3和主内存的值数字4不一致，说明该值己
   经被其它线程抢先一步修改过了，那A线程本次修改失，只能重新读取重新来一遍了。

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总是能够看到，线程A继续执
   行compareAndSwaplnt进行比较替换，直到成功。

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5. Unsafe底层汇编

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3. CAS缺点

篇幅原因，新开了一个博客文章进行解析，请看：

Java基础之CAS缺点