CAS与无锁编程

1. CAS 原理：Compare And Swap

CAS = 比较并交换，是一条CPU 原子指令（CMPXCHG），流程：

1. 先比较：内存当前值 V == 预期旧值 A？
2. 若相等：把内存值 V 改为新值 B
3. 若不等：说明被别人改过，本次失败，可重试

伪代码逻辑（原子执行）：

boolean cas(V, A, B) {
    if (V == A) {
        V = B;
        return true;
    }
    return false;
}

2. CPU 原子指令与原子性

• CAS 由 硬件层面单条原子指令 保证原子性
• 不涉及锁、不阻塞线程，属于无锁并发
• 比 synchronized 更轻量，高并发读场景性能更好

3. CAS 三大问题

1. ABA 问题

   一个值：A → B → A，CAS 看不出变化，误以为没动过。

2. 循环自旋开销大

   竞争激烈时，CAS 一直失败，CPU 空转。

3. 只能保证单个变量原子性

   不能同时保证多个共享变量的原子操作。

4. Atomic 原子类

JUC 下 atomic 包基于 CAS 实现：

• AtomicInteger：int 原子操作
• AtomicLong：long 原子操作
• AtomicBoolean：boolean 原子操作
• AtomicReference：引用类型原子操作
• AtomicIntegerArray 数组类型

常用方法：get()、set()、getAndIncrement()、compareAndSet(expect, update)

5. ABA 解决方案：版本号机制

使用 AtomicStampedReference：

• 不仅比较值，还比较版本号（时间戳）
• 每次修改版本号 +1
• A→B→A 版本号不同，CAS 会判定失败，避免 ABA 问题

对应类：

• AtomicStampedReference：带版本号的引用原子类
• AtomicMarkableReference：带标记位（简化版，只标记是否修改过）