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CAS (Compare and swap “比较和交换“) [ Java EE 初阶 ]

article 2025/3/1 12:12:29

什么是 CAS

CAS 是怎么实现的

CAS 有哪些应用

1. 实现原子类

2. 实现自旋锁

3. CAS 的 ABA 问题

什么是 CAS

// 能够比较和交换某个寄存器中的值和内存中的值, 看是否相等, 如果相等, 则把另一个寄存器中的值和内存中的值进行交换

// CAS伪代码

boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {
    if (&address == expectedValue) {
        &address = swapValue;
        return true;
    }
    return false;
}

// CAS 其实是由一个原子的硬件指令完成的 (原子性)

// 当多个线程同时对某个资源进行 CAS 操作, 只能有一个线程操作成功. 但是并不会阻塞其他线程, 其他线程只会收到操作失败的信号

// CAS 可以视作是一种乐观锁(或者说 CAS 是乐观锁的一种实现方式)

// 基于CAS 又衍生出一套 "无锁编程"

CAS 是怎么实现的

// 针对不同的操作系统, JVM 用到了不同的 CAS 实现原理, 简而言之 : 是因为硬件给予了支持, 软件层面才能做到

CAS 有哪些应用

1. 实现原子类

// 标准库中提供了 java.util.concurrent.atomic 包, 里面的类都是基于这种方式来实现的.典型的就是Atomiclnteger 类, 其中的 getAndIncrement 相当于 i++ 操作

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
// 相当于 i++
atomicInteger.getAndIncrement();

1.1 伪代码实现

class AtomicInteger {
    private int value;
    
    public int getAndIncrement() {
        int oldValue = value;
        while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {
            oldValue = value;
        }
        return oldValue;
    }
}

2. 实现自旋锁

// 自旋锁伪代码

public class SpinLock {
    private Thread owner = null;
 
   public void lock() {
       while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())) {
        }
    }
    public void unlock() {
        this.owner = null;
    }
}