CAS和锁的相关面试题

CAS 锁

锁的四种状态和升级

锁的四种状态：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁

无锁

无锁就是没有真正意义上的上锁，所有的线程还是能访问并修改同一个资源，但是通过算法控制，实现同时只有一个线程修改成功。CAS原理及应用即是无锁的实现。无锁无法全面代替有锁，但无锁在某些场合下的性能是非常高的。

比如：

CAS全称 Compare and Swap（比较与交换），是一种无锁算法。
在不使用锁的情况下（没有线程被阻塞），实现多线程的变量同步。
CAS算法主要涉及到3个操作数：
①需要进行读写操作的值 V
②判断是否更新的比较值 A
③需要替换值V写入新的值 B

在最开始将V赋值给A，再进行数据操作生成B，需要更新V之前，
比较一下A是否还与V相等，相等说明数据未变化，执行更新操作，
不相等，则更新不能完成。

CAS全称 Compare and Swap（比较与交换），是一种无锁算法。
在不使用锁的情况下（没有线程被阻塞），实现多线程的变量同步。
CAS算法主要涉及到3个操作数：
①需要进行读写操作的值 V
②判断是否更新的比较值 A
③需要替换值V写入新的值 B

在最开始将V赋值给A，再进行数据操作生成B，需要更新V之前，
比较一下A是否还与V相等，相等说明数据未变化，执行更新操作，
不相等，则更新不能完成。

偏向锁

偏向锁是指一段同步代码一直只被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，降低获取锁的成本。

> 例如：家里只有一个碗，但也只有我一个人需要一个碗吃饭，所以不存在争抢，这就是偏向锁

因为在大多数情况下，锁总都是被同一个线程多次反复获得，不存在多线程竞争，所以就出现了偏向锁。目标就是在只有一个线程执行同步代码块时能够提高性能。

偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程不会主动释放偏向锁。

> 例如：我家还是只有一个碗，当我朋友来我家和我一起吃饭，这时候就有两个人，只有这一个碗吃饭，偏向锁升级

偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，判断锁对象是否处于被锁定状态。撤销偏向锁后恢复到轻量级锁（标志位为“00”）的状态。 **当进入偏向锁的时候 先进行线程id判断，如果是同一个线程，那不会进行锁的升级，如果线程的id不同那么会 进行线程的竞争，这时候会进行锁升级；**

轻量级锁

是指当锁是偏向锁的时候，被另外的线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，从而提高性能。

如果这个更新动作成功了，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象Mark Word的锁标志位设置为“00”，表示此对象处于轻量级锁定状态。

如果轻量级锁的更新操作失败了，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果是就说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步块继续执行，否则说明多个线程竞争锁。

若当前只有一个等待线程，则该线程通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁升级为重量级锁。

重量级锁

> 当我和女朋友都很饿的时候，我女朋友觉得我吃的太慢了，不想等我吃完，这时候就会去争抢这唯一的一个碗先吃饭，这是重量级锁状态

升级为重量级锁时，锁标志的状态值变为“10”，此时Mark Word中存储的是指向重量级锁的指针，此时等待锁的线程都会进入阻塞状态。

这里只有如果深入了解 会涉及到 用户态（轻量级问题）和内核态（重量级问题、操作系统）的问题！！！

## 总结

> 整体的锁状态升级流程是：无锁-> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

锁状态的改变是根据竞争激烈程度进行的，在几乎无竞争的条件下，会使用偏向锁，在轻度竞争的条件下，会由偏向锁升级为轻量级锁， 在重度竞争的情况下，会升级到重量级锁。

偏向锁通过对比Mark Word 解决加锁问题，避免执行CAS操作。

轻量级锁是通过CAS操作和自旋来解决加锁问题，避免线程阻塞和唤醒带来的性能影响。

重量级锁是将除拥有锁的线程之外的线程全部阻塞。

那cas是什么？ cas中会遇见哪些问题 如何解决?

cas即比较并替换，是一种实现并发算法时常用到的技术

里面有三个操作数：内存值V、旧的预期值A、要修改的值B；

当预期值A和内存值V相同时，才会将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做并返回false。

CAS存在ABA问题，解决方案是：可以对每个值添加一个版本号来判断，CAS只是一种思想

使用CAS+版本号进行解决，对一个数据如果修改了的话，那么版本号就进行+1，然后再循环比较的时候，不仅仅比较值再根据版本号就可以解决ABA问题。

如果版本号相同我们就可以加入时间戳 当版本号和时间戳都相同时 才会进行数据的改变！