从JUC源码看CAS，我做了个笔记 ......

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前言

" JUC包下大量使用了CAS，工作和面试中也经常遇到CAS，包括说到乐观锁，也不可避免的想起CAS，那CAS究竟是什么? "

1.什么是CAS?

说到CAS，基本上都会想到乐观锁、AtomicInteger、Unsafe ...

当然也有可能啥也没想到!

不管你们怎么想， 我第一印象是乐观锁，毕竟做交易更新交易状态经常用到乐观锁，就自然想到这个SQL：

update trans_order  
set order_status = 1  
where order_no = 'xxxxxxxxxxx' and order_status = 0; 

其实就是 set和where里面都携带order_status。

那什么是CAS?

CAS就是Compare-and-Swap，即比较并替换，在并发算法时常用，并且在JUC(java.util.concurrent)包下很多类都使用了CAS。

非常常见的问题就是多线程操作i++问题。一般解决办法就是添加 synchronized 关键字修饰，当然也可以使用 AtomicInteger 代码举例如下：

public class CasTest { 
 
    private static final CountDownLatch LATCH = new CountDownLatch(10); 
 
    private static int NUM_I = 0; 
    private static volatile int NUM_J = 0; 
    private static final AtomicInteger NUM_K = new AtomicInteger(0); 
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
 
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10); 
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
 
            threadPool.execute(new Runnable() { 
                public void run() { 
                    for (int j = 0; j < 10000; j++) { 
                        NUM_I++; 
                        NUM_J++; 
                        NUM_K.incrementAndGet(); 
                    } 
                    LATCH.countDown(); 
                } 
            }); 
        } 
        LATCH.await(); 
 
        System.out.println("NUM_I = " + NUM_I); 
        System.out.println("NUM_J = " + NUM_J); 
        System.out.println("NUM_K = " + NUM_K.get()); 
        threadPool.shutdown(); 
    } 
 
} 

下面就从AtomicInteger开始了解CAS。

2.源码分析

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable { 
    private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L; 
 
    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates 
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); 
    private static final long valueOffset; 
 
    static { 
        try { 
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset 
                (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value")); 
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } 
    } 
 
    private volatile int value; 
 
    public final int incrementAndGet() { 
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; 
    } 
    public final int decrementAndGet() { 
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1) - 1; 
    } 
 
} 

可以看出里面使用了Unsafe类下的getAndAddInt方法，Unsafe类很多方法是本地(native)方法，主要是硬件级别的原子操作。

/** 
 * @param var1 当前对象 
 * @param var2 当前对象在内存偏移量，Unsafe可以根据内存偏移地址获取数据 
 * @param var4 操作值 
 * @return 
 */ 
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) { 
    int var5; 
    do { 
        // 获取在var1在内存的值 
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); 
        // 将var1赋值为var5+var4， 赋值时会判断var1是否为var5 
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); 
 
    return var5; 
} 
// 原子操作 
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); 

至于 compareAndSwapInt 的分析就忽略了。

看完代码过程其实就是：

•  比较var1的值是否为var4，是的话将var1更新为var5。
• 如果不是的话就一直循环，直到var1是var4。

3.问题总结

• 这要是一直获取不到，岂不是一直循环。线程多的情况下，会自旋很长时间，导致浪费资源。
• 你更新了， 我又给你更新回去了，你也不知道。ABA问题!比如像这样，A想更新值为a，还未抢到资源，这时候B进行了更新，将对象更新为了b，然后又马上更新回了a， 这时候A是什么都不知道的。

以乐观锁举例：

-- 0 -> 1 
update trans_order  
set order_status = 1  
where order_no = 'xxxxxxxxxxx' and order_status = 0; 
 
-- 1 -> 0 
update trans_order  
set order_status = 1  
where order_no = 'xxxxxxxxxxx' and order_status = 0; 
 
-- 0 -> 1 
update trans_order  
set order_status = 1  
where order_no = 'xxxxxxxxxxx' and order_status = 0; 

解决办法可以添加version进行版本号控制。

-- 0 -> 1 
update trans_order  
set order_status = 1  
where order_no = 'xxxxxxxxxxx' and order_status = 0 and version = 0; 
 
-- 1 -> 0 
update trans_order  
set order_status = 1  
where order_no = 'xxxxxxxxxxx' and order_status = 0 and version = 1; 
 
-- 0 -> 1 
update trans_order  
set order_status = 1  
where order_no = 'xxxxxxxxxxx' and order_status = 0 and version = 0; 

代码中可以看 AtomicStampedReference 类：

/** 
 * 以原子方式设置该引用和标志给定的更新值的值， 
 * 如果当前引用==预期的引用，并且当前标志==预期标志。 
 * 
 * @param expectedReference 预期引用 
 * @param newReference 更新的值 
 * @param expectedStamp 预期标志 
 * @param newStamp 更新的标志 
 * @return {@code true} if successful 
 */ 
public boolean compareAndSet(V   expectedReference, 
                             V   newReference, 
                             int expectedStamp, 
                             int newStamp) { 
    Pair<V> current = pair; 
    return 
        expectedReference == current.reference && 
        expectedStamp == current.stamp && 
        ((newReference == current.reference && 
            newStamp == current.stamp) || 
            casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp))); 
} 

其实就是额外增加一个标志(stamp)来防止ABA的问题， 类似乐观锁的version。

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