并发策略——CAS

CAS（Compare and swap）是设计并发算法时用到的一种技术。相比传统的锁和同步技术，资源竞争较少的情况下，CAS可以节约更多的资源。

基本思路

CAS的基本思路其实不算特别复杂，用下面这个伪代码来说明CAS的核心：

CAS(V,E,N)

在上述函数中：

• V: 要被更新的变量内存地址
• E: 旧的值
• N: 更新之后的值

CAS()函数会返回布尔值，仅有V的值等于E的时候，V的值才会被设置成N。如果V和E的值不一致，说明这个变量已经被别的线程修改，那么CAS()函数就会返回false。

可以用以下的思路来实现无锁地正确修改一个值：

do{   
       备份旧数据；  
       基于旧数据构造新数据；  
}while(!CAS( 内存地址，旧数据，新数据 ))

AtomicInteger的例子

在jdk的atomic包下，拥有大量使用CAS辅助完成的类。

在此之前，先介绍下Unsafe这个类，这个类在sun.misc包下的，这个类里面封装了一些不安全的操作（主要是Oracle不希望大家使用的方法），这些大多数是一些native的方法，其中跟CAS密切相关的一个方法compareAndSwapInt()方法：

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

以上方法中，第一个参数var1是给定的要操作对象，var2是字段到对象头部的偏移量(方便快速定位到字段)，var4表示旧的值，var5表示希望设置的值。

接下来看到Unsafe中另外一个方法利用这个CAS函数来无锁地添加值：

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    
    int var5;
    
    do {
        // 获取当前对象的值
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    
    return var5;
}

以上这段代码的思路和伪代码中CAS是一个套路，在当前线程正确修改了值之后，将原值返回。

这个时候回到AtomicInteger，先看下它的两个参数：

// 这里面存着包装类的值
private volatile int value;
// 这里保存了value属性在AtomicInteger对象的偏移量，方便定位属性的位置
private static final long valueOffset;

接着看它最经典的两个自增方法就非常简单了，它们利用Unsafe的getAndAddInt()就可以轻松地完成无锁的正确自增：

/**
 * Atomically increments by one the current value.
 *
 * @return the updated value
 */
public final int incrementAndGet() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}

/**
 * Atomically increments by one the current value.
 *
 * @return the previous value
 */
public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}