对Java CAS的一些了解（正在整理学习中）

①引言

在JDK 5之前Java语言是靠synchronized关键字保证同步的，这会导致有锁

锁机制存在以下问题：

（1）在多线程竞争下，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题。

（2）一个线程持有锁会导致其它所有需要此锁的线程挂起。

（3）如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置，引起性能风险。

volatile是不错的机制，但是volatile不能保证原子性。因此对于同步最终还是要回到锁机制上来。

独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。而另一个更加有效的锁就是乐观锁。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。乐观锁用到的机制就是CAS，Compare and Swap。

②CAS简单介绍

无锁的非堵塞算法采用一种比较交换技术CAS（compare and swap）来鉴别线程冲突，一旦检测到冲突，就充实当前操作指导没有冲突为止。CAS基于硬件实现，不需要进入内核，不需要切换线程，因此可以获得更高的性能。但对于资源竞争严重的情况，CAS自旋的概率会比较大，从而浪费更多的CPU资源。

CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。

CAS（比较并交换）是CPU指令级的操作，只有一步原子操作，CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。CAS语义是“我认为V的值应该是A，如果是，那么就将V的值更新成B， 否则不更新，并告诉V的实际是是多少”。

伪代码可以这样表示：

do{
       备份旧数据；
       基于旧数据构造新数据；
}while(!CAS( 内存地址，备份的旧数据，新数据 ))  

就是指当两者进行比较时，如果相等，则证明共享数据没有被修改，替换成新值，然后继续往下运行；如果不相等，说明共享数据已经被修改，放弃已经所做的操作，然后重新执行刚才的操作。容易看出 CAS 操作是基于共享数据不会被修改的假设，采用了类似于数据库的 commit-retry 的模式。当同步冲突出现的机会很少时，这种假设能带来较大的性能提升。

③CAS缺点

虽然CAS有效的解决了原子操作的问题，但是其仍然有三个劣势：
1、ABA问题：因为CAS需要在操作前检查下值有没有发生变化，如果没有则更新。但是如果一个值开始的时候是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查的时候会发现它的值没有发生变化，但是事实却不是如此。

ABA问题的解决思路是使用版本号，如A-B-A变成1A-2B-3A

2、循环时间长开销大：自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。

3、只能保证一个共享变量的原子操作：对一个共享变量可以使用CAS进行原子操作，但是多个共享变量的原子操作就无法使用CAS，这个时候只能使用锁。