Java CAS操作
一、引子
在java语言里，什么是悲观锁、乐观锁？
- synchronized是悲观锁，这种线程一旦得到锁，其他需要锁的线程就挂起的情况就是悲观锁。
- CAS操作的就是乐观锁，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。
可以简单地认为：加锁是一种悲观策略，无锁是一种乐观策略。
因为对于加锁的并发程序来说，它们总是认为每次访问共享资源时总会发生冲突，因此必须对每一次数据操作实施加锁策略。而无锁则总是假设对共享资源的访问没有冲突，线程可以不停执行，无需加锁，无需等待，一旦发现冲突，无锁策略则采用一种称为CAS的技术来保证线程执行的安全性。
二、CAS操作
CAS是Compare-and-swap（比较与替换）的简写，是一种有名的无锁算法。
执行函数：CAS(V,E,N)
- V表示要更新的变量
- E表示预期值
- N表示新值
通俗的理解就是CAS操作需要我们提供一个期望值E，当期望值与当前线程的变量V的值相同时（V.value==E），说明还没线程修改该值，当前线程可以进行修改成N，也就是执行CAS操作；但如果期望值与当前线程不符，则说明该值已被其他线程修改，此时不执行更新操作，但可以选择重新读取该变量再尝试再次修改该变量，也可以放弃操作。
因为CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用语范畴，是由若干条指令组成的，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问题。
在java中，我们主要分析Unsafe类，因为所有的CAS操作都是它来实现的，而在Unsafe类中这些方法也都是native方法。
在Java中无锁操作CAS基于以下3个方法实现：
public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);
原子更新基本类型主要包括3个类：
AtomicBoolean：原子更新布尔类型
AtomicInteger：原子更新整型
AtomicLong：原子更新长整型
CAS可以理解成一个无阻塞多线程争抢资源的模型。
package com.demo.reentrantLock;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
public class AtomicBooleanTest implements Runnable{
public static AtomicBoolean exits = new AtomicBoolean(true);
public static void main(String[] args) {
AtomicBooleanTest abd = new AtomicBooleanTest();
Thread t1 = new Thread(abd);
Thread t2 = new Thread(abd);
t1.start();
t2.start();
}
@Override
public void run() {
System.out.println("begin run");
System.out.println("real " + exits.get());
if(exits.compareAndSet(true,false)){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + exits.get() );
exits.set(true);
}else{
run();
}
}
}
输出结果：
begin run
real true
Thread-1 false
begin run
real true
Thread-0 false
这里无论怎么运行，Thread-1、Thread-0都会执行if=true条件，而且还不会产生线程脏读脏写。
这个图中重最要的是compareAndSet(true,false)方法要拆开成compare(true)方法和Set(false)方法理解，是compare(true)是等于true后，就马上设置共享内存为false，这个时候，其它线程无论怎么走都无法走到只有得到共享内存为true时的程序隔离方法区。 但是这种得不到状态为true时使用递归算法是很耗cpu资源的，所以一般情况下，都会有线程sleep。
三、总结
CAS操作即使没有锁，同样知道其他线程对共享资源操作影响，并执行相应的处理措施。同时从这点也可以看出，由于无锁操作中没有锁的存在，因此不可能出现死锁的情况，也就是说无锁操作天生免疫死锁。
这篇文章并没有展开讲compareAndSet底层调用的是unsafe.compareAndSwapInt方法，因为这是native方法，很多人都会展开找源码，最后也只找到是调用CPU方法，没讲到具体用法，如果只用compareAndSet(true,false)举例则更加简单。 这种无阻塞式的多线程操作数据，在大并发情况下，是一笔非常可观的性能提升，所以，如果在大并发或多线程性能要求高的情况下有更加好的技术选型，可以参考这种底层实现。
