Java併發編程CAS

JDK 5 的併發包中提供了不少類，這些類提供了比原有的併發機制更好的性能和伸縮性。要想理解這些類的工做機理，那就不得不提到 CAS。CAS 全稱是 Compare and Swap，是指現代主流 CPU 都支持的一種指令，這個指令能爲多線程編程帶來更好的性能（稍後會詳細介紹）。另一個可能會被當作 CAS 的是 Compare and Set，是指 JDK 5 併發包中普遍使用的一種基於 Compare and Swap 的併發算法。嚴格說 CAS 僅指代前者。

Compare and Swap

在這裏，CAS 指的是現代 CPU 普遍支持的一種對內存中的共享數據進行操做的一種特殊指令。這個指令會對內存中的共享數據作原子的讀寫操做。簡單介紹一下這個指令的操做過程：首先，CPU 會將內存中將要被更改的數據與指望的值作比較。而後，當這兩個值相等時，CPU 纔會將內存中的數值替換爲新的值。不然便不作操做。最後，CPU 會將舊的數值返回。這一系列的操做是原子的。它們雖然看似複雜，但倒是 Java 5 併發機制優於原有鎖機制的根本。簡單來講，CAS 的含義是「我認爲原有的值應該是什麼，若是是，則將原有的值更新爲新值，不然不作修改，並告訴我原來的值是多少」（這段描述引自《Java Concurrency in Practice》）

Compare and Set

在理解了什麼是 Compare and Swap 以後，理解 Compare and Set 便很容易了。Compare and Set 就是利用 Compare and Swap 實現的非阻塞的線程安全的寫操做算法。它的實現過程以下：首先讀取你要更改的數據的原值，而後將其和你要更新成的值做爲 Compare and Swap 操做的兩個參數，若是 Compare and Swap 的返回值和原值不一樣，便重複這一過程，直至成功。寫成僞代碼以下

int old;
int new;
do {
    old = value.get();
    new = doSomeCalcBasedOn(old)
while (value.compareAndSwap(old, new));

Compare and Set 是一個非阻塞的算法，這是它的優點。可是有一個問題就是存在這樣的可能，在每次讀操做以後，寫操做以前，都有另一個線程更改了原先的值，這樣 Compare and Set 操做就會不停地重試。但這樣的可能只存在於理論，在實際中不多發生。

Compare and Set 普遍使用在 Java 5 中的 Atomic 類中，其它的諸如 ReetrantLock、Semaphore 等的類也經過 AbstractQueuedSynchronizer 類間接地使用了 Compare and Set。