CAS分析

CAS:Compare and Swap, 翻譯成比較並交換。

 

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併發編程實踐》）

簡單的來講，CAS有3個操做數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。 當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改成B，不然返回V。這是一種樂觀鎖的思路，它相信在它修改以前，沒有其它線程去修改它；而 Synchronized是一種悲觀鎖，它認爲在它修改以前，必定會有其它線程去修改它，悲觀鎖效率很低。

 

CAS優勢

高效解決原子操做

 

CAS缺點

CAS雖然很高效的解決原子操做，可是CAS仍然存在三大問題。ABA問題，循環時間長開銷大和只能保證一個共享變量的原子操做

1.  ABA問題。由於CAS須要在操做值的時候檢查下值有沒有發生變化，若是沒有發生變化則更新，可是若是一個值原來是A，變成了B，又變成了A，那麼使用CAS進行檢查時會發現它的值沒有發生變化，可是實際上卻變化了。ABA問題的解決思路就是使用版本號。在變量前面追加上版本號，每次變量更新的時候把版本號加一，那麼A－B－A 就會變成1A-2B－3A。

從Java1.5開始JDK的atomic包裏提供了一個類AtomicStampedReference來解決ABA問題。這個類的compareAndSet方法做用是首先檢查當前引用是否等於預期引用，而且當前標誌是否等於預期標誌，若是所有相等，則以原子方式將該引用和該標誌的值設置爲給定的更新值。

關於ABA問題參考文檔: http://blog.hesey.net/2011/09/resolve-aba-by-atomicstampedreference.html

2. 循環時間長開銷大。自旋CAS若是長時間不成功，會給CPU帶來很是大的執行開銷。若是JVM能支持處理器提供的pause指令那麼效率會有必定的提高，pause指令有兩個做用，第一它能夠延遲流水線執行指令（de-pipeline）,使CPU不會消耗過多的執行資源，延遲的時間取決於具體實現的版本，在一些處理器上延遲時間是零。第二它能夠避免在退出循環的時候因內存順序衝突（memory order violation）而引發CPU流水線被清空（CPU pipeline flush），從而提升CPU的執行效率。

 3. 只能保證一個共享變量的原子操做。當對一個共享變量執行操做時，咱們可使用循環CAS的方式來保證原子操做，可是對多個共享變量操做時，循環CAS就沒法保證操做的原子性，這個時候就能夠用鎖，或者有一個取巧的辦法，就是把多個共享變量合併成一個共享變量來操做。好比有兩個共享變量i＝2,j=a，合併一下ij=2a，而後用CAS來操做ij。從Java1.5開始JDK提供了AtomicReference類來保證引用對象之間的原子性，你能夠把多個變量放在一個對象裏來進行CAS操做。