Java CAS同步机制 原理详解（为什么并发环境下的COUNT自增操作不安全）: Atomic原子类底层用的不是传统意义的锁机制，而是无锁化的CAS机制，通过CAS机制保证多线程修改一个数值的安全性。

精彩理解:  https://www.jianshu.com/p/21be831e851e ;  https://blog.csdn.net/heyutao007/article/details/19975665 ;

备选参考：https://blog.csdn.net/tanga842428/article/details/52742698； https://www.cnblogs.com/yitong0768/p/4555445.html ；

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。

这样处理的逻辑是，首先检查某块内存的值是否跟之前我读取时的一样，如不一样则表示期间此内存值已经被别的线程更改过，舍弃本次操作，否则说明期间没有其他线程对此内存值操作，可以把新值设置给此块内存。CAS的原子性是由 CPU的CPI硬件指令实现保证的，即调用native方法调用由C++编写的硬件级别指令，jdk中提供Unsafe类执行这些操作。

一.直入正题

现在有这么一个需求，需要实现一个支持并发的计数功能，例如下面的代码

public class Increment{
　　private int count=0；
　　//多线程环境下对count执行++操作
}

面试官可能会提供上述代码问你，你觉得这个操作有什么问题，如果你说没有问题，那么恭喜你，大兄嘚，你可以走了，面试到此结束！

如果你说这段代码有问题，因为在并发环境下对count进行自增运算是不安全，好了，兄嘚，你入坑了。接着面试官会问问什么不安全以及如何解决这个问题呢？

二.为什么并发环境下的count自增操作不安全

因为count++不是原子操作，而是三个原子操作的组合：

1. 读取内存中的count值赋值给局部变量temp
2. 执行temp+1操作
3. 将temp赋值给count

所以如果两个线程同时执行count++操作的话，我们不能保证线程1按顺序执行完上述三步后线程2才开始执行。

面试官露出了满（yin）意（xian）的笑容，兄嘚你知道的太多了，好吧，咱们继续，既然你说这么操作是不安全的，那么怎么解决呢？

三.并发环境下count++不安全问题的解决方案

1. synchronized加锁

public class Increment{
　　private int count=0；
　　public synchronized void add（）{
　　　　count++
　　}
}

加锁后代码变成上面这样了，好了现在就是线程安全的了，同一时间只有一个线程能加锁，其他线程需要等待锁，这样就不会出现count计数不准确的问题了。

面试官还是不想放过你，接着问，这个方案还有没有可能优化一下呢？

引入synchronized会造成多个线程排队的问题，所以同一时间只有一个线程执行，这样的锁有点儿“重量级”了

虽然随着Java版本更新，也对synchronized做了很多优化，但是处理这种简单的累加操作，仍然显得“太重了”。人家synchronized是可以解决更加复杂的并发编程场景和问题的。

而且，在这个场景下，你要是用synchronized，不就相当于让各个线程串行化了么？一个接一个的排队，加锁，处理数据，释放锁，下一个再进来。

2.高效的方案Atomic原子类

你思索片刻说：对于这种的count++类的操作，我们完全可以换一种做法，java并发包下面提供了一系列的Atomic原子类，比如说AtomicInteger

public class Increment{
　　private AtomicInteger count=new AtomicInteger（）；
　　public synchronized void add（）{
　　　　count.incrementAndGet();
　　}
}

多个线程可以并发的执行AtomicInteger的incrementAndGet()方法，意思就是给我把count的值累加1，接着返回累加后最新的值,实际上，Atomic原子类底层用的不是传统意义的锁机制，而是无锁化的CAS机制，通过CAS机制保证多线程修改一个数值的安全性。

你心想：看到没我都知道，这种事情难不倒我

这时面试官喝了口水说：小伙子懂得真多

你想这次面试应该问完了吧，可是没想到面试官接着又抛出一个问题：CAS底层实现原理是什么？

靠，没完了是吧，还问底层原理，也怪自己多嘴，非得说什么CAS，没办法，自己挖的坑说什么也得填上啊

流程图如下：

假如说有3个线程并发的要修改一个AtomicInteger的值，他们底层的机制如下：

首先，每个线程都会先获取当前的值，接着走一个原子的CAS操作，原子的意思就是这个CAS操作一定是自己完整执行完的，不会被别人打断。

然后CAS操作里，会比较一下，现在你的值是不是刚才我获取到的那个值啊？

如果是的话，OK！说明没人改过这个值，那你给我设置成累加1之后的一个值！

同理，如果有人在执行CAS的时候，发现自己之前获取的值跟当前的值不一样，会导致CAS失败，失败之后，进入一个无限循环，再次获取值，接着执行CAS操作！

说完连自己都佩服自己了

心想可以了吧，结果面试官又抛出一个问题：CAS有没有什么问题？

3.CAS性能优化

真是要了亲命了，还有完没完啊，我想静静了！！！！

这个CAS有什么问题呢？从上面的流程图其实可以看出来，比如说大量的线程同时并发修改一个AtomicInteger，可能有很多线程会不停的自旋，进入一个无限重复的循环中。

这些线程不停地获取值，然后发起CAS操作，但是发现这个值被别人改过了，于是再次进入下一个循环，获取值，发起CAS操作又失败了，再次进入下一个循环。

在大量线程高并发更新AtomicInteger的时候，这种问题可能会比较明显，导致大量线程空循环，自旋转，性能和效率都不是特别好，这个问题说到这里，恭喜你，你已经击败了80%的对手了大兄嘚！！！那么如何优化呢？

Java 8有一个新的类，LongAdder，他就是尝试使用分段CAS以及自动分段迁移的方式来大幅度提升多线程高并发执行CAS操作的性能，这个类具体是如何优化性能的呢？咱们看图说话：

LongAdder核心思想就是热点分离，这一点和ConcurrentHashMap的设计思想。就是将value值分离成一个数组，当多线程访问时，通过hash算法映射到其中的一个数字进行计数。而最终的结果，就是这些数组的求和累加。这样一来，就减小了锁的粒度

LongAddr的兄弟类如下：

说到这里面试官终于说话：行，这个问题就问道这里了！！！

 

转自：https://www.toutiao.com/a6660643231585272331/?tt_from=c&iid=59710992155&app=news_article×tamp%3D1550844890&group_id=6660643231585272331