我們?cè)诿嬖嚨臅r(shí)候，有時(shí)候在學(xué)習(xí)的時(shí)候，經(jīng)常性的會(huì)遇到一些關(guān)于鎖的問(wèn)題，尤其是面試官會(huì)提出提問(wèn)，你對(duì)鎖了解的多么？你知道鎖的原理么？等等問(wèn)題，于是也就會(huì)有后續(xù)延伸出來(lái)的，你知道 CAS 么？你知道什么是自旋么？

自旋

顧名思義，自旋可以理解為“自我旋轉(zhuǎn)”，放到程序中就是"自我循環(huán)"，比如while循環(huán)或者for循環(huán)。結(jié)合著鎖來(lái)理解的話就是，先獲取一次鎖，如果獲取不到鎖，會(huì)不停的循環(huán)獲取，直到獲取到。不像普通的鎖那樣，如果獲取不到鎖就進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

CAS

CAS 是什么，它的英文全稱是 Compare-And-Swap，中文叫做“比較并交換”，它是一種思想、一種算法。

CAS算法有3個(gè)基本操作數(shù)：

• 內(nèi)存地址V
• 舊的預(yù)期值A(chǔ)
• 要修改的新值B

在并發(fā)場(chǎng)景下，各個(gè)代碼的執(zhí)行順序不能確定，為了保證并發(fā)安全，我們可以使用普通的互斥鎖，比如Java的 synchronized, ReentrantLock等。而CAS的特點(diǎn)是避免使用互斥鎖，當(dāng)多個(gè)線程并發(fā)使用CAS更新同一個(gè)變量時(shí)，只有一個(gè)可以操作成功，其他都會(huì)失敗。而且用CAS更新失敗的線程并不會(huì)阻塞，會(huì)快速失敗并返回一個(gè)失敗的狀態(tài)，允許你再次嘗試。

而Compare-And-Swap（CAS）是一種原子操作，用于實(shí)現(xiàn)多線程環(huán)境下的同步和并發(fā)控制。其基本原理如下：

1. 讀取內(nèi)存值：首先，CAS會(huì)讀取內(nèi)存中的一個(gè)變量的當(dāng)前值。
2. 比較內(nèi)存值和預(yù)期值：接下來(lái)，CAS會(huì)將讀取的值與預(yù)期值進(jìn)行比較。如果兩者相等，則說(shuō)明內(nèi)存中的值沒(méi)有被其他線程修改。
3. 如果相等，則將新值寫入內(nèi)存：在比較階段，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)存值與預(yù)期值相等，CAS會(huì)嘗試將新值寫入內(nèi)存中。這個(gè)寫入操作是原子的，即在這個(gè)過(guò)程中不會(huì)被其他線程中斷。
4. 如果寫入成功，則操作完成；否則重復(fù)上述步驟：如果寫入操作成功，CAS完成。如果寫入操作失敗，說(shuō)明在比較和寫入的過(guò)程中，內(nèi)存值已經(jīng)被其他線程修改，此時(shí)需要重新執(zhí)行整個(gè)CAS操作。

CAS的基本原理就是利用比較和寫入的原子性操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)共享變量的原子操作，從而避免了傳統(tǒng)鎖機(jī)制中的死鎖和線程阻塞問(wèn)題。

自旋鎖和CAS的關(guān)系是什么呢？

其實(shí)他們是兩個(gè)不同的概念 自旋是一種鎖優(yōu)化的機(jī)制，在鎖優(yōu)化中『自旋鎖』指線程空轉(zhuǎn)重試獲取鎖，避免線程上下文切換帶來(lái)的開(kāi)銷。

CAS是一種樂(lè)觀鎖機(jī)制，cas是通過(guò)比較并交換，失敗的時(shí)候可以直接返回false不用自旋的獲取。只是一般應(yīng)用場(chǎng)景下，cas都會(huì)帶有重試機(jī)制(while或者for實(shí)現(xiàn)空轉(zhuǎn)，不斷嘗試獲取)。

如果硬有關(guān)系，那么可以這樣理解

自旋鎖 = 循環(huán)+CAS

我們都知道了這個(gè)自旋鎖和 CAS 的關(guān)系了，那么CAS 都有哪些缺點(diǎn)呢？

Compare-And-Swap (CAS) 的缺點(diǎn)包括：

1. 自旋等待：CAS 在執(zhí)行時(shí)會(huì)進(jìn)行自旋等待，如果失敗則需要重試，這會(huì)消耗處理器資源。
2. ABA 問(wèn)題：CAS 只能檢測(cè)到共享變量的值是否發(fā)生了變化，但無(wú)法檢測(cè)到變量的值是否經(jīng)歷了類似 A->B->A 的變化，這可能導(dǎo)致一些意外的問(wèn)題。
3. 無(wú)法保證公平性：CAS 操作是非阻塞的，因此無(wú)法保證等待線程的公平性，可能導(dǎo)致某些線程長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法獲得執(zhí)行機(jī)會(huì)。
4. 無(wú)法解決死鎖：CAS 無(wú)法解決死鎖問(wèn)題，如果多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行 CAS 操作，可能導(dǎo)致死鎖的發(fā)生。
5. 限制性：CAS 操作通常只能應(yīng)用于單個(gè)變量，對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，需要額外的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)原子操作。

總的來(lái)說(shuō)，CAS 雖然具有高效的特點(diǎn)，但也存在著一些局限性和缺點(diǎn)。

既然我們說(shuō)了這個(gè) CAS 那么面試官不可避免的就會(huì)問(wèn)到，既然你了解了 CAS ，那么你是不是也對(duì) ABA 問(wèn)題有了解呢？

什么是 ABA 問(wèn)題

我們先來(lái)看什么是 ABA 的問(wèn)題。

ABA問(wèn)題是在分布式系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。它的名稱來(lái)源于三個(gè)操作：A（原始值）、B（第一個(gè)讀取）、A（第二個(gè)讀取）。ABA問(wèn)題發(fā)生在一個(gè)線程T1讀取了一個(gè)共享變量的值A(chǔ)，然后另一個(gè)線程T2修改了這個(gè)共享變量的值為B，然后又改回A，最后線程T1再次讀取這個(gè)共享變量的值，發(fā)現(xiàn)仍然是A。在這種情況下，線程T1可能會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為共享變量的值沒(méi)有改變，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。

解決ABA問(wèn)題的常見(jiàn)方案是使用版本號(hào)或者標(biāo)記來(lái)跟蹤數(shù)據(jù)的變化。通過(guò)在每次數(shù)據(jù)變化時(shí)增加版本號(hào)或者標(biāo)記，可以避免ABA問(wèn)題的發(fā)生。另外，使用CAS（Compare and Swap）操作也可以解決ABA問(wèn)題，CAS操作會(huì)在更新變量時(shí)檢查變量的值是否仍然是預(yù)期值，從而避免了ABA問(wèn)題的發(fā)生。

簡(jiǎn)單的說(shuō)就是

比如線程1從內(nèi)存位置V中取出A，此時(shí)線程2也取出A。且線程2做了一次cas將值改為了B，然后又做了一次cas將值改回了A。此時(shí)線程1做cas發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中還是A，則線程1操作成功。這個(gè)時(shí)候?qū)嶋H上A值已經(jīng)被其他線程改變過(guò)，這與設(shè)計(jì)思想是不符合的。

那么這個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)在哪里呢？

• 如果只在乎結(jié)果，ABA不介意B的存在， 沒(méi)什么問(wèn)題
• 如果B的存在會(huì)造成影響，需要通過(guò) AtomicStampReference，加時(shí)間戳解 決。

那關(guān)于自旋和 CAS  你了解了么？