醒醒吧面试官卡你没数吗？是你回答CAS的姿势过于简单了

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-10-02 13:52 10阅读 0赞

**前言**

大家好，我是JAVA**程序员周瑜**，一个总在为粉丝解决面试题的程序员。

最近有几个粉丝说在面试面试中遇到了CAS的问题，连着几次面试都没有让面试官满意，区区CAS底层源码，怎能难倒咱们这届程序员们呢？都支棱起来，跟我一起来搞定**CAS底层源码**。

### **正文** ###

### **什么是CAS** ###

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。

我们来先看下这个代码：

![图片][e5fe6363f066634374009272c96497f4.png]

大家猜一下结果是什么？

第二次打印会不会被赋值为 9999

上面代码的执行结果为：

![图片][5f44b35304422126d1f9896b148aa123.png]

那么为什么回事这样的结果？我们一起来看看中间的原理

**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6666，不满足期望值，因此返回了false，本次写入失败**

![图片][4ba00df571124971df0f584e579714dd.png]

**这个就像是git的版本号一样，如果没有更改那么就可以提交，否则先把以前的pull下来合并之后再去提交；**

### **CAS的底层原理** ###

首先我们先看看 atomicInteger.getAndIncrement()方法的源码

![图片][02749405b500d224171498e7b6ab519f.png]

在这里细心的读者就发现了底层调用了一共unsafe类的getAndAddAInt方法。

**我们去看看unsafee方法**

![图片][56262be1430fc5a7db394eb0a1706490.png]

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。

![图片][48eec92841b13546e5366491163de46b.png]

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

*  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

*  **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找到的内存中的真实值用该对象当前的值与var5比较**

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

*  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

*  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
 *  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

**对此，你有什么要补充的吗？欢迎在评论区留言。**

# **写在最后** #

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[1000_JAVA]: https://blog.csdn.net/weixin_51702416/article/details/120331225