CAS (Compare and swap “比较和交换“) [ Java EE 初阶 ]

embedded/2025/2/28 5:15:19/

什么是 CAS

CAS 是怎么实现的

CAS 有哪些应用

1. 实现原子类

2. 实现自旋锁

3. CAS 的 ABA 问题

什么是 CAS

// 能够比较和交换某个寄存器中的值和内存中的值, 看是否相等, 如果相等, 则把另一个寄存器中的值和内存中的值进行交换

// CAS伪代码

java">boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {if (&address == expectedValue) {&address = swapValue;return true;}return false;
}

// CAS 其实是由一个原子的硬件指令完成的 (原子性)

// 当多个线程同时对某个资源进行 CAS 操作, 只能有一个线程操作成功. 但是并不会阻塞其他线程, 其他线程只会收到操作失败的信号

// CAS 可以视作是一种乐观锁(或者说 CAS 是乐观锁的一种实现方式)

// 基于CAS 又衍生出一套 "无锁编程"

CAS 是怎么实现的

// 针对不同的操作系统, JVM 用到了不同的 CAS 实现原理, 简而言之 : 是因为硬件给予了支持, 软件层面才能做到

CAS 有哪些应用

1. 实现原子类

// 标准库中提供了 java.util.concurrent.atomic 包, 里面的类都是基于这种方式来实现的.典型的就是Atomiclnteger 类, 其中的 getAndIncrement 相当于 i++ 操作

java">AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
// 相当于 i++
atomicInteger.getAndIncrement();

1.1 伪代码实现

java">class AtomicInteger {private int value;public int getAndIncrement() {int oldValue = value;while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {oldValue = value;}return oldValue;}
}

2. 实现自旋锁

// 自旋锁伪代码

java">public class SpinLock {private Thread owner = null;public void lock() {while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())) {}}public void unlock() {this.owner = null;}
}