CAS（Compare and Swap）是一种轻量级的同步操作，也是乐观锁的一种实现，它用于实现多线程环境下的并发算法。CAS 操作包含三个操作数：内存位置（或者说是一个变量的引用）、预期的值和新值。如果内存位置的值和预期值相等，那么处理器会自动将该位置的值更新为新值，否则不进行任何操作。
在多线程环境中，CAS 可以实现非阻塞算法，避免了使用锁所带来的上下文切换、调度延迟、死锁等问题，因此被广泛应用于并发编程中。
CAS 示例
在 Java 中，CAS 操作被封装在 Atomic 类中，例如 AtomicInteger 类就是利用了 CAS 操作来实现线程安全的自增操作。同时，Java 还提供了一些工具类来支持 CAS 操作，例如 Unsafe 类，它提供了一些原始的 CAS 操作方法，供 JVM 内部使用，比如以下是基于 Unsafe 类的 CAS 示例：
import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CASDemo {
private volatile int value = 0;
private static Unsafe unsafe;
private static long valueOffset;
static {
try {
// 通过反射获取rt.jar包中的Unsafe类，默认Unsafe类是不能使用的
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
unsafe = (Unsafe) field.get(null);
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(CASDemo.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void addOne() {
int current;
do {
current = unsafe.getIntVolatile(this, valueOffset);
} while (!unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, current, current + 1));
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final CASDemo casDemo = new CASDemo();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
casDemo.addOne();
}
}).start();
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println(casDemo.value);
}
}
以上程序的执行结果为：
10000
程序开启了 10 个线程，每个线程调用 1000 次，最终执行的结果是 10000，说明以上程序是线程安全的。
CAS 执行流程
CAS 执行的具体流程如下：
- 将需要修改的值从主内存中读入本地线程缓存（工作内存）；
- 执行 CAS 操作，将本地线程缓存中的值与主内存中的值进行比较；
- 如果本地线程缓存中的值与主内存中的值相等，则将需要修改的值在本地线程缓存中修改；
- 如果修改成功，将修改后的值写入主内存，并返回修改结果；如果失败，则返回当前主内存中的值；
- 在多线程并发执行的情况下，如果多个线程同时执行 CAS 操作，只有一个线程的 CAS 操作会成功，其他线程的 CAS 操作都会失败，这也是 CAS 的原子性保证。
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