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CAS（Compare and Swap）是一種無鎖并發(fā)控制算法，它的核心思想是通過比較并交換內(nèi)存中的值來實現(xiàn)線程之間的同步，CAS操作包含三個參數(shù)：內(nèi)存位置V、期望值A(chǔ)和新值B，當內(nèi)存位置V的值與期望值A(chǔ)相等時，將內(nèi)存位置V的值更新為新值B，否則不做任何操作，整個過程是原子性的。
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Java中的CAS操作主要通過java.util.concurrent.atomic包中的原子類實現(xiàn)，如AtomicInteger、AtomicLong等，這些原子類提供了一種在多線程環(huán)境下安全地執(zhí)行CAS操作的方法，從而避免了使用傳統(tǒng)的鎖機制。
下面我們來詳細分析Java CAS的底層原理。
1、內(nèi)存模型和緩存一致性
在多核處理器架構(gòu)下，為了提高性能，每個處理器都有自己的緩存，這就導(dǎo)致了一個問題：當多個處理器同時訪問同一個內(nèi)存地址時，由于緩存的存在，它們可能看到的是不同的值，為了解決這個問題，需要保證緩存一致性。
緩存一致性是指當一個處理器對某個內(nèi)存地址進行寫操作時，其他處理器對該地址的讀操作都能獲取到最新的值，現(xiàn)代處理器通常采用MESI協(xié)議（Modify、Exclusive、Shared、Invalid）來保證緩存一致性。
2、CAS操作的實現(xiàn)
CAS操作的實現(xiàn)依賴于處理器提供的原子指令，如x86架構(gòu)下的cmpxchg指令，這個指令可以在一個原子操作中完成比較并交換操作，具體來說，cmpxchg指令有3個參數(shù)：內(nèi)存地址、期望值和新值，當內(nèi)存地址的值與期望值相等時，將內(nèi)存地址的值更新為新值，否則不做任何操作，整個過程是原子性的。
Java中的CAS操作通過調(diào)用sun.misc.Unsafe類中的compareAndSwap方法實現(xiàn)，這個方法內(nèi)部調(diào)用了Unsafe類的ensureObject方法，該方法會檢查對象是否被標記為“unsafe”，如果是，則直接調(diào)用本地方法UNSAFE_compareAndSwapObject；如果不是，則先調(diào)用markUnsafe方法將對象標記為“unsafe”，然后再調(diào)用UNSAFE_compareAndSwapObject方法。
UNSAFE_compareAndSwapObject方法是一個本地方法，它的實現(xiàn)依賴于底層處理器的原子指令，在x86架構(gòu)下，這個方法會調(diào)用cmpxchg指令來完成CAS操作。
3、CAS操作的優(yōu)點和局限性
CAS操作的優(yōu)點是避免了鎖機制帶來的性能開銷，提高了并發(fā)性能，CAS操作具有無阻塞性，即當CAS操作失敗時，不會像鎖那樣阻塞線程，而是直接返回失敗結(jié)果，這樣可以避免線程之間的競爭，降低線程切換的開銷。
CAS操作也存在一些局限性，CAS操作只能保證單個共享變量的原子性，對于多個共享變量的操作，無法保證整體的原子性，CAS操作可能導(dǎo)致ABA問題，即當一個線程在執(zhí)行CAS操作時，另一個線程已經(jīng)修改了共享變量的值，然后又將其改回原來的值，這時CAS操作會誤認為共享變量的值沒有被修改過，從而導(dǎo)致錯誤的結(jié)果，為了解決ABA問題，可以使用帶有版本號的原子類，如AtomicStampedReference。
Java CAS的底層原理主要依賴于處理器提供的原子指令，通過java.util.concurrent.atomic包中的原子類實現(xiàn)，CAS操作具有高性能和無阻塞性的優(yōu)點，但也存在一些局限性，需要根據(jù)實際場景選擇合適的同步機制。
網(wǎng)站標題：javacas底層原理
網(wǎng)站路徑：http://m.fisionsoft.com.cn/article/codgegs.html
