CAS原理解析CAS底层
CAS底层原理
概念
CAS的全称是Compare-And-Swap，它是CPU并发原语
它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原⼦的
CAS并发原语体现在Java语⾔中就是sun.misc.Unsafe类的各个⽅法。调⽤UnSafe类中的CAS⽅法，JVM会帮我们实现出CAS汇编指令，这是⼀种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原⼦操作，再次强调，由于CAS是⼀种系统原语，原语属于操作系统应⽤范畴，是由若⼲条指令组成，⽤于完成某个功能的⼀个过程，并且原语的执⾏必须是连续的，在执⾏过程中不允许被中断，也就是说CAS是⼀条CPU的原⼦指令，不会造成所谓的数据不⼀致的问题，也就是说CAS是线程安全的。
代码使⽤
⾸先调⽤AtomicInteger创建了⼀个实例，并初始化为10
// 创建⼀个原⼦类
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(10);
然后调⽤CAS⽅法，企图更新成2020，这⾥有两个参数，⼀个是10，表⽰期望值，第⼆个就是我们要更新的值
提交更改是内存条吗atomicIntegerpareAndSet(10, 2020)
然后再次使⽤了⼀个⽅法，同样将值改成2021
atomicIntegerpareAndSet(10, 2021)
完整代码如下：
/**
* CAS ⽐较并交换
* @author xiao
* @date 2020/4/23 9:14
*/
public class CASDemo {
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(10);
/**
* ⼀个是期望值，⼀个是更新值，但期望值和原来的值相同时，才能够更改
* 假设拿的是10，也就是expect为5，然后我需要更新成 2020
*/
System.out.println(atomicIntegerpareAndSet(10, 2020)+"\t当前的值为:"+());
System.out.println(atomicIntegerpareAndSet(10, 2021)+"\t当前的值为:"+());
}
}
上⾯代码的执⾏结果为
这是因为我们执⾏第⼀个的时候，期望值和原本值是满⾜的，因此修改成功，但是第⼆次后，主内存的值已经修改成了2020，不满⾜期望值，因此返回了false，本次写⼊失败
这个就类似于SVN或者Git的版本号，如果没有⼈更改过，就能够正常提交，否者需要先将代码pull下来，合并代码后，然后提交
CAS底层原理
⾸先我们先看看 AndIncrement()⽅法的源码
从这⾥能够看到，底层⼜调⽤了⼀个unsafe类的getAndAddInt⽅法
1、unsafe类
Unsafe是CAS的核⼼类，由于Java⽅法⽆法直接访问底层系统，需要通过本地（Native）⽅法来访问，Unsafe相当于⼀个后门，基于该类可以直接操作特定的内存数据。Unsafe类存在sun.misc包中，其内部⽅法操作可以像C的指针⼀样直接操作内存，因为Java中的CAS操作的执⾏依赖于Unsafe类的⽅法。
注意Unsafe类的所有⽅法都是native修饰的，也就是说unsafe类中的⽅法都直接调⽤操作系统底层资源执⾏相应的任务
为什么Atomic修饰的包装类，能够保证原⼦性，依靠的就是底层的unsafe类
2、变量valueOffset
表⽰该变量值在内存中的偏移地址，因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的。
从这⾥我们能够看到，通过valueOffset，直接通过内存地址，获取到值，然后进⾏加1的操作
3、变量value⽤volatile修饰
保证了多线程之间的内存可见性
var5：就是我们从主内存中拷贝到⼯作内存中的值
那么操作的时候，需要⽐较⼯作内存中的值，和主内存中的值进⾏⽐较
假设执⾏ compareAndSwapInt返回false，那么就⼀直执⾏ while⽅法，直到期望的值和真实值⼀样
val1：AtomicInteger对象本⾝
var2：该对象值得引⽤地址
var4：需要变动的数量
var5：⽤var1和var2到的内存中的真实值
⽤该对象当前的值与var5⽐较
如果相同，更新var5 + var4 并返回true
如果不同，继续取值然后再⽐较，直到更新完成
这⾥没有⽤synchronized，⽽⽤CAS，这样提⾼了并发性，也能够实现⼀致性，是因为每个线程进来后，进⼊的do while循环，然后不断的获取内存中的值，判断是否为最新，然后在进⾏更新操作。
假设线程A和线程B同时执⾏getAndInt操作（分别跑在不同的CPU上）
1. AtomicInteger⾥⾯的value原始值为3，即主内存中AtomicInteger的 value 为3，根据JMM模型，线程A和线程B各⾃持有⼀份价值为3的副本，分别存储在各⾃的⼯作内存
2. 线程A通过getIntVolatile(var1 , var2) 拿到value值3，这是线程A被挂起（该线程失去CPU执⾏权）
3. 线程B也通过getIntVolatile(var1, var2)⽅法获取到value值也是3，此时刚好线程B没有被挂起，并执⾏了compareAndSwapInt⽅法，⽐较内存的值也是3，成功修改内存值
为4，线程B打完收⼯，⼀切OK
4. 这是线程A恢复，执⾏CAS⽅法，⽐较发现⾃⼰⼿⾥的数字3和主内存中的数字4不⼀致，说明该值已经被其它线程抢先⼀步修改过了，那么A线程本次修改失败，只能够重
新读取后在来⼀遍了，也就是在执⾏do while
5. 线程A重新获取value值，因为变量value被volatile修饰，所以其它线程对它的修改，线程A总能够看到，线程A继续执⾏compareAndSwapInt进⾏⽐较替换，直到成功。Unsafe类 + CAS思想：也就是⾃旋，⾃我旋转
底层汇编
Unsafe类中的compareAndSwapInt是⼀个本地⽅法，该⽅法的实现位于unsafe.cpp中
先想办法拿到变量value在内存中的地址
通过Atomic::cmpxchg实现⽐较替换，其中参数X是即将更新的值，参数e是原内存的值
CAS缺点
CAS不加锁，保证⼀次性，但是需要多次⽐较
循环时间长，开销⼤（因为执⾏的是do while，如果⽐较不成功⼀直在循环，最差的情况，就是某个线程⼀直取到的值和预期值都不⼀样，这样就会⽆限循环）只能保证⼀个共享变量的原⼦操作
当对⼀个共享变量执⾏操作时，我们可以通过循环CAS的⽅式来保证原⼦操作
但是对于多个共享变量操作时，循环CAS就⽆法保证操作的原⼦性，这个时候只能⽤锁来保证原⼦性
引出来ABA问题？
ABA问题
总结
CAS
CAS是compareAndSwap，⽐较当前⼯作内存中的值和主物理内存中的值，如果相同则执⾏规定操作，否者继续⽐较直到主内存和⼯作内存的值⼀致为⽌
CAS应⽤
CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的更新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则不操作

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