CAS介绍

CAS全称是Compare And Swap，它的实现和它的字面意思一样，先比较后交换，它是CPU硬件层面的一种指令，从CPU层面能保证"比较并更新"这一段操作的原子性。
与synchronized关键字比较不同是synchronized是一种悲观锁，CAS是一种乐观锁。

悲观锁和乐观锁

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样当第二个线程想拿这个数据的时候，第二个线程会一直堵塞，直到第一个释放锁，他拿到锁后才可以访问。java中的synchronized关键字就是典型的悲观锁思想。
乐观锁：乐观锁概念为每次拿数据的时候都认为别的线程不会修改这个数据，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别的线程有没有修改过数据，乐观锁适用于读操作多的场景。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现。

CAS实现原理

CAS有三个操作数，内存值V,旧的预期值A,要修改的更新值B,当A和V相同时将V修改成B,否则一直比较V和的值直至A和V相同为止，使用java代码大致实现逻辑如下：

public class CasDemo {private volatile Integer value;public boolean compareAndSwap(int except, int update) {if (value == except) {this.value = update;return true;}return false;}
}

value使用volatile修饰，保证了该变量的有序性和可见性，compareAndSwap方法两个入参，一个期望值（except），一个更新值（update），先判断value是否和期望值相等，相等则修改为更新值返回true表示修改成功，不相等说明已经被其他线程修改了，返回false修改失败

JDK中的CAS的实现

在JDK中的java.util.concurrent(JUC java并发工具包)就是建立在CAS之上的，我们以并发原子类AtomicInteger为例，先看源码（源码比较多，所以只保留了重点部分）

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updatesprivate static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();private static final long valueOffset;static {try {valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }}private volatile int value;public final int get() {return value;}public final int getAndIncrement() {return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);}public final int getAndDecrement() {return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, -1);}public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);}

getAndIncrement()，getAndDecrement()方法分别相当于 i++, i– 的操作，compareAndSet则是上面比较并交换操作，可以看到它们都是调用了Unsafe对象的方法。

再看看Unsafe的部分源码

在这里插入图片描述

可以看到Unsafe类的方法全部是用native修饰的，属于本地方法。
由于Java 方法无法直接访问底层，因此无法直接进行内存操作，所以在jdk中内存操作都封装在sun.misc.Unsafe类里面，Java通过本地方法去操作内存。

再看AtomicInteger的compareAndSet方法，是调用Unsafe的compareAndSwapInt方法

在这里插入图片描述

这里有四个入参，expect和update容易理解，分别是预期值和更新值，valueOffset通过源码可知它是通过Unsafe的objectFieldOffset本地方法返回的一个数值

在这里插入图片描述

因此，valueOffset大致可以理解为变量value在内存中的地址，Unsafe的compareAndSwapInt方法就是借助C来调用CPU底层，通过valueOffset获取value内存中的值并与expect比较，相同则更新为update返回true，不同则什么都不操作返回false。
java.util.concurrent包下的所有CAS操作都是基于这一系列原子操作.