CAS你知道嗎？

CAS 是什麼？？？

1、比較並交換（CompareAndSet）通過簡單的Demo來看

package com.brian.interview.study.thread;

/**
 * Copyright (c) 2020 ZJU All Rights Reserved
 * <p>
 * Project: JavaSomeDemo
 * Package: com.brian.interview.study.thread
 * Version: 1.0
 * <p>
 * Created by Brian on 2020/2/11 0:47
 */

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * 1、  CAS是什麼？ ===> CompareAndSet
 *         比較並交換
 */
public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);

        // main do thing ......

        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2020)+"\t current data: "+atomicInteger.get());  // atomicInteger 本來就是5，修改成功

        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 1024)+"\t current data: "+atomicInteger.get());  // atomicInteger 現在是2020，不是5，修改失敗
    }
}

2、CAS 底層原理？同時談談 Unsafe 的理解

atomicInteger.getAndIncrement() 方法的源代碼：

引出來一個問題：Unsafe 類什麼？

Unsafe 類：

1、Unsafe
是CAS的核心類，由於Java方法無法直接訪問底層系統，需要通過本地（native）方法來訪問，Unsafe相當於一個後門，基於該類可以直接操作特定內存的數據。Unsafe類存在於sun.misc包中，其內部方法操作可以像C的指針一樣直接操作內存，因爲Java中CAS操作的執行依賴於Unsafe類的方法。
注意Unsafe類中的所有方法都是native修飾的，也就是說Unsafe類中的方法都直接調用操作系統底層資源執行相應任務

2、變量 valueOffset，表示該變量值在內存中的偏移地址，因爲Unsafe就是根據內存偏移地址獲取數據的。

3、變量 value 用 volatile 修飾，保證了多線程之間的內存可見性。

CAS 是什麼：

unsafe.getAndAddInt

var1 AtomicInteger 對象本身
var2 該對象值得引用地址
var4 需要變動的數量
var5 是用過 var1 var2 找出的主內存中真實的值
用該對象當前的值與 var5 比較：
如果相同，更新 var5+var4 並且返回 true，
如果不同，繼續取值然後再比較，直到更新完成。

假設線程A和線程B兩個線程同時執行 getAndAddInt 操作（分別跑在不同CPU上）：
1、AtomicInteger 裏面的 value 原始值爲 3，即主內存中 AtomicInteger 的 value 爲 3，根據 JMM 模型，線程A和線程B各自持有一份值爲3的value的副本分別到各自的工作內存。

2、線程A通過 getIntVolatile(var1, var2) 拿到 value 值 3，這時線程A被掛起。

3、線程B也通過 getIntVolatile(var1, var2) 方法獲取到 value 值3，此時剛好線程B沒有被掛起並執行 compareAndSwapInt 方法比較內存值也爲3，成功修改內存值爲4，線程B打完收工，一切OK。

4、這時線程A恢復，執行 compareAndSwapInt 方法比較，發現自己手裏的值數字3和主內存的值數字4不一致，說明該值已經被其它線程搶先一步修改過了，那A線程本次修改失敗，只能重新讀取重新來一遍了。

5、線程A重新獲取 value 值，因爲變量 value 被 volatile 修飾，所以其它線程對它的修改，線程A總是能夠看到，線程A繼續執行 compareAndSwapInt 進行比較替換，直到成功。

底層彙編

Unsafe類中的 compareAndSwapInt，是一個本地方法，該方法的實現位於 unsafe.cpp 中

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
    UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
    cop p = JNIHandles::resolve(obj);
    jint* addr = (jint*)index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
    return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e))==e;
UNSAFE_END
// 先想辦法拿到變量 value 在內存中的地址。
// 通過 Atomic::cmpxchg 實現比較替換，其中參數x是即將更新的值，參數e是原內存的值。

簡單版小總結

CAS (CompareAndSwap)
比較當前工作內存中的值和主內存中的值，如果相同則執行規定操作，
否則繼續比較直到主內存和工作內存中的值一致爲止。

CAS應用
CAS有3個操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的更新值B。
當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改爲B，否則什麼都不做。

3、CAS 缺點

循環時間長開銷很大

我們可以看到 getAndAddInt 方法執行時，有個 do while

如果CAS失敗，會一直進行嘗試。如果CAS長時間一直不成功，可能會給CPU帶來很大的開銷。

只能保證一個共享變量的原子操作

當對一個共享變量執行操作時，我們可以使用循環CAS的方式來保證原子操作，

但是

對多個共享變量操作時，循環CAS就無法保證操作的原子性，這個時候就可以用鎖來保證原子性。