Java中CAS原理分析(volatile和synchronized浅析)

CAS是什么？

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CAS英文解释是比较和交换，是cpu底层的源语，是解决共享变量原子性实现方案，它定义了三个变量，内存地址值对应V，期待值E和要修改的值U，以下图所示，这些变量都是在高速缓存中的，若是两个线程A，B分别经过cas方式同时修改共享变量，假设当A线程先获取时间片，若是发现V的值和E相等就将主内存值更新为U，若是不相等说明线程B在线程A更新以前已经成功更新过，线程A会失败重试，此时根据缓存一致性协议，线程A的本地副本会失效，须要从主内存再同步最新的变量到本地内存副本，在Java中经过调用UnSafe的compareAndSet相似方式调用，底层是c，反编译后操做系统指令是cmpxchg指令。

保证i++原子性

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你必定会有一个疑问，被volatile修饰的变量i，i++为何会有线程安全问题呢，也就是原子性的问题，咱们仍是举一个经典的i++案例一步步分析吧！咱们知道在多线程状况下volatile保证了共享变量的可见性，顺序行，但惟独不能保证原子性，缘由是i++是一个复合操做，大体能够分红3步，1.先从主内存拿到最新的i值，2.将i加1这个操做保存到操做数栈，3.从栈中取出i加1的值写回到主内存。OK，当线程AB同时执行i++操做时，好比线程A先获取时间片，执行完第2步，这是线程A还未执行完，时间片分配给线程B，B顺利执行完全部操做后并同步了主内存，假设咱们i的初始值是1，那么此时主内存值是2，由于线程B执行完毕，cpu时间片又回到线程A手上，作第3步操做，此时同步到主内存的值仍是2，看，线程A，B各作了一次加1的操做，但最终结果多是2，cas的做用就来了，他能保证i++操做的原子性，为何能保证原子性呢？cas能够把上面三个操做合并成一个操做，是原子的。

有什么好处？

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你们都知道解决多线程安全须要用到锁的，能够用synchronized来解决，可是synchronized也有它的劣势，最主要是它是阻塞的，阻塞会有什么问题？性能啊，这是计算机人不能忍的，频繁内核外核切换，会严重浪费系统资源，因此就提了cas这个乐观锁概念，它是非阻塞的，操做系统不用在内核态与用户态来回切换，至关于用while循环方式获取锁，在性能上有必定提高。即便这样，也会有必定问题，下面咱们来看看。

有什么问题？

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1.ABA问题。

这个案例比较简单，线程A把共享变量i，从1变成2，再变成1，线程B想把i变成2，原本应该是不会成功，由于即时变量i如今是1，可是它的状态变化了，他的解决方案是版本号。至关于修改为功一次版本号增长1，就能够解决了，曾经被面试官问到一个问题，cas是线程安全的吗？答案不是线程安全的。

2.自旋时间过长。

若是一个线程拿到锁后，一直不释放，其余线程就只能一直循环等待。

3.只能保证一个共享变量的原子性。

像Automic包下面的基本上都只能保证一个变量的原子性。

JUC包下面使用！

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可能有些童鞋看JDK源码会比较纠结一个点，发现volatile关键字通常都会和cas连用，若是不要volatile会怎么样呢？cas自己只做用于方法，cas对共享变量没有约束，若是不对共享变量作volatile修饰，是不可见的，不可以保证共享变量的实效性，须要等待共享变量主动同步到主内存，这是须要花时间的，效率更低下，全部在JUC并发包里一直能够看到这样的volatile关键字通常都会和cas组合。

总结

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这篇文章，咱们先引出了cas概念，而且说明了它的优缺点，作了案例介绍，简单的和synchronized关键字作了比较，最后，深刻的说明了volatile关键字和cas连用的效率，这是我在深刻思考后获得的结论，分享给你们，文章有必定阅读门槛，若是有想搞清楚童鞋，能够1v1私聊讨论交流。但愿你们喜欢。点赞哦！

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