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本文轉載自微信公眾號「KK架構師」，作者wangkai。轉載本文請聯系KK架構師公眾號。   

一、CAS 簡介

CAS 的意思是 compare and swap，比較并交換。

CAS 的示意圖如下：

比如一個很簡單的操作，把變量 A = 2 加 1，結果為 3.

則先讀取 A 的當前值 E 為 2，在內存計算結果 V 為 3，比較之前讀出來的 A 的當前值 2 和 最新值，如果最新值為 2 ，表示這個值沒有被別人改過，則放心的把最終的值更新為 3.

有一種情況是，在你更新結果之前，其他有個線程在中途把 A 更新成了 5 ，又更新回了 2。但是在當前線程看起來，沒有被改過。這就是 ABA 問題。

二、CAS 的實現

在 java 中，原子類都是用 cas 來實現的，我們可以看一看源碼。

public final int getAndIncrement() { 
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); 
} 

發現是調用了 unsafe 類的 getAndAddInt，繼續看這個方法：

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) { 
    int var5; 
    do { 
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); 
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); 
 
    return var5; 
} 

這里是一個 while 循環，直到比較成功，來看一下這個 compareAndSwapInt 方法

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

發現這是一個 native 方法，意味著是 c 或者 c++ 寫的虛擬機的實現。

在網上找到了 HotSpot 虛擬機的源碼，找了一些資料發現了這個 compareAndSwapInt 的 c++ 代碼：

在 unsafe.cpp 這個文件的 Unsafe_CompareAndSwapInt 這個方法里

發現最終調用的是 Atomic:: cmpxchg 方法，我們再找到 atomic_linux_x86.inline.hpp 這個文件

其中有一句 LOCK_IF_MP(%4) "cmpxchgl %1,(%3)"

LOCK_IF_MP 是一個宏，這個宏的定義是：

mp 的意思是 multi processor，意思是在多核 cpu 上，要鎖一下這個指令。

到這里，結論是，最終調用了一條匯編指令：lock cmpxchg 指令，來實現底層 cas 的。

也就是 cpu 中有一條 cmpxchg 指令。

但是這條指令不是原子的，也就是拿出來和比較是兩個操作，中間有可能被別人打斷。

所以需要在這個過程加上 lock，意思是，我在對這個內存操作的過程中，不允許被別人打斷。

可以簡單理解為把內存總線鎖住，別人不允許修改這塊內存。

三、ABA 問題的解決

很簡單，可以在數據上加上版本號即可，改了一次就新增一個版本號。

在 Java 中，可以使用 AtomicStampedReference 來解決這個問題

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference; 
 
public class ABASingle { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(100); 
        atomicInt.compareAndSet(100, 101); 
        atomicInt.compareAndSet(101, 100); 
        System.out.println("new value = " + atomicInt.get()); 
        boolean result1 = atomicInt.compareAndSet(100, 101); 
        System.out.println(result1); // result:true 
 
        AtomicInteger v1 = new AtomicInteger(100); 
        AtomicInteger v2 = new AtomicInteger(101); 
        AtomicStampedReference<AtomicInteger> stampedRef = new AtomicStampedReference<AtomicInteger>( 
                v1, 0); 
 
        int stamp = stampedRef.getStamp(); 
        stampedRef.compareAndSet(v1, v2, stampedRef.getStamp(), 
                stampedRef.getStamp() + 1); 
        stampedRef.compareAndSet(v2, v1, stampedRef.getStamp(), 
                stampedRef.getStamp() + 1); 
        System.out.println("new value = " + stampedRef.getReference()); 
        boolean result2 = stampedRef.compareAndSet(v1, v2, stamp, stamp + 1); 
        System.out.println(result2); // result:false 
    } 
}