CAS无锁机制

1、 背景

　　传统Synchronized锁：悲观，如果没有获取到锁的情况下，会让当前线程变为阻塞的状态，释放CPU执行权，效率非常低。

　　乐观锁（自旋）：本质上没有锁，没有死锁现象，而且效率比较高，不会释放CPU执行权，自旋并通过预值比较或版本号控制。

2、原理

　　CAS的英文全称是CompareAndSet，也就是比较然后修改，涉及到三个值，V、E和N，V是主内存的共享变量值，E是工作内存的副本值，N是修改内存的值。关于内存值的修改，有两种情况：第一种情况是比较V和E的值，如果相等，则对V进行修改；第二种情况是V和E不等，说明有线程已经修改过了，那就重新读取主内存的值，再做判断、修改。
V=内存值（主内存值）；E=预期值（工作内存值） ；N=新值（需要修改的值）
　　第一种情况：（V未被修改）
　　　　第一步：读取主内存值V，复制给E
　　　　第二步：判断V的值，如果V==E，说明共享变量的V没有被修改
　　　　第三步：将V的值改为N
　　第二种情况：（V被修改）
　　　　第一步：读取内存之V，复制给E
　　　　第二步：判断V的值，如果V!=E，说明别的线程修改了共享变量的V
　　　　第三步：重新读取主内存V的值给E
　　　　第四步：修改时再判断V的值是否等于E，如果不等，继续自旋，直至相等再将V的值修改为N。

　　注意：不可能有两个线程同时修改V的值，因为CAS底层通过指令控制了原子性。

3、应用场景

　　Java UNSAFE类
　　原子类 Atomic

4、利用CAS原子类方式实现一个锁

 1 public class AtomicTryLock {
 2
 3     /**
 4      * 定义AtomicInteger  修改为1表示该锁已经被使用该 修改为0表示为被使用
 5      */
 6     private volatile AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
 7     private Thread lockCurrentThread;
 8
 9     /**
10      * 尝试获取锁
11      *
12      * @return
13      */
14     public boolean tryLock() {
15         boolean result = atomicInteger.compareAndSet(0, 1);
16         if (result) {
17             lockCurrentThread = Thread.currentThread();
18         }
19         return result;
20     }
21
22     /**
23      * 释放锁
24      *
25      * @return
26      */
27     public boolean unLock() {
28         if (lockCurrentThread != null && lockCurrentThread != Thread.currentThread()) {
29             return false;
30         }
31         return atomicInteger.compareAndSet(1, 0);
32     }
33
34     public static void main(String[] args) {
35         AtomicTryLock atomicTryLock = new AtomicTryLock();
36         IntStream.range(1, 10).forEach((i) -> new Thread(() -> {
37
38             try {
39                 boolean result = atomicTryLock.tryLock();
40                 if (result) {
41                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",获取锁成功~");
42                 } else {
43                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",获取锁失败~");
44                 }
45             } catch (Exception e) {
46                 e.printStackTrace();
47                 atomicTryLock.unLock();
48             } finally {
49                 atomicTryLock.unLock();
50             }
51
52         }).start());
53     }
54 }

5、如何解决CAS产生的ABA问题

5.1 什么是ABA问题

　　如果【线程1】将原来的值A,改为了B，【线程2】将B又改为了A 发现没有发生变化，实际上已经发生了变化，但是【线程3】修改时判断V值没有发生变化，这种现象为ABA。

5.2 解决办法

　　通过版本号码，对每个变量更新的版本号码做+1

来源：蚂蚁课堂（mayikt.com）