CAS无锁模式

一、java内存模型：JMM

　　在内存模型当中定义一个主内存，所有声明的实例变量都存在于主内存当中，主内存的数据会共享给所有线程，每一个线程有一个块工作内存，工作内存当中主内存数据的副本当更新数据时，会将工作内存中的数据同步到主内存当中；

　　　　

二、什么是CAS

　　CAS：Compare and Swap，即比较再交换。

　　jdk5增加了并发包java.util.concurrent.*,其下面的类使用CAS算法实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁。JDK 5之前Java语言是靠synchronized关键字保证同步的，这是一种独占锁，也是是悲观锁。

三、CAS算法理解

（1）与锁相比，使用比较交换（下文简称CAS）会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性，它对死锁问题天生免疫，并且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，因此，它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

（2）无锁的好处：

　　第一，在高并发的情况下，它比有锁的程序拥有更好的性能；

　　第二，它天生就是死锁免疫的。

（3）CAS算法的过程是这样：

　　它包含三个参数CAS(V,E,N)：V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。

运行过程：
　　1.线程访问时，先会将主内存中的数据同步到线程的工作内存当中
　　2.假设线程A和线程B都有对数据进行更改，那么假如线程A先获取到执行权限
　　3.线程A先会对比工作内存当中的数据和主内存当中的数据是否一致，如果一致（V==E）则进行更新，不一致则刷新数据，重新循环判断
　　4.这时更新完毕后，线程B也要进行数据更新，主内存数据和工作内存数据做对比，如果一致则进行更新，不一致则将主内存数据重新更新到工作内存，然后循环再次对比两个内存中的数据直到一致为止

　　

（4）CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

（5）简单地说，CAS需要你额外给出一个期望值，也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样，那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取，再次尝试修改就好了。

（6）在硬件层面，大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后，虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构，并且，这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

四、CAS缺点

　　CAS存在一个很明显的问题，即ABA问题；

　　问题：如果变量V初次读取的时候是A，并且在准备赋值的时候检查到它任然是A，那能说明它的值没有被其他线程修改过了吗？

　　如果在这段时间曾经被改成B，然后有改回A，那CAS操作就会误任务它从来没有被修改过。正对这种情况，java并发包提供了一个带有标记的原子应用类AtomicStampedRefernce，它可以通过变量值的版本来保证CAS的正确性；

五、保证线程安全的三个方面

1.原子性：保证同一时刻该资源只能有一个线程访问修改，其他线程阻塞等待，例如Atomic包，锁

　　原子性： 互斥访问，Atomic包，CAS算法，Synchronized，Lock
2.可见性：一个线程对于主内存的数据操作对于其他线程是可见的

　　可见性：synchronized，volatile
3.有序性：一个线程观察其他线程中指令执行顺序，由于指令重排序存在，观察结果一般杂乱无序

　　顺序性：happends-before