Java併發程式設計之CAS第一篇-什麼是CAS

通過前面幾篇的學習，我們對併發程式設計兩個高頻知識點了解了其中的一個—volatitl。從這一篇文章開始，我們將要學習另一個知識點—CAS.本篇是《凱哥併發程式設計學習》系列之《CAS系列》教程的第一篇：什麼是CAS。

本文主要內容：

生活中舉例；CAS定義；CAS程式碼演示。

一：生活中的例子

在電影《智取威虎山》中，楊子榮進入威虎山的時候，土匪說：天王蓋地虎，楊子榮對：寶塔鎮河妖。類似這樣的黑話，幾個土匪和楊子榮對過之後，座山雕，三爺才發話：這麼說，你是徐旅長的人了。相信電影中這段對黑話，大家都看過。有沒有感覺很過癮呢？那麼問題來了，為什麼幾個人對過黑話之後，就能確定來者身份呢？因為在那個時候，佔山為王，各個山頭都有老大，但是又要和其他山頭交流，不能用明話來說。於是大家就編了一些黑話。根據黑話不同，來確認對方的身份。

這個過程如果站在計算機多執行緒併發程式設計角度來理解的話，可以這麼來理解。黑話庫就是主記憶體中變數楊子榮和其他土F是不同的執行緒。，他們之間的黑話就是各自從主記憶體複製的變數副本。當T匪A(也就是執行緒A)：天王蓋地虎是自己的副本的資料，想要更新為：寶塔鎮河妖。當楊子榮回答後，T匪A就拿著，天王蓋地虎,寶塔鎮河妖，這句話和黑話庫(主記憶體)對比，對比上，則說明楊子榮說的對。允許接下來對話。如果這個不好理解的話，我們在舉個例子。

修改登陸密碼，這個大家都操作過吧。無論是各個APP還是各地網站都支援修改密碼。那麼修改密碼的三要素是什麼大家知道嗎：資料庫儲存的原祕密；使用者輸入的原祕密；以及將要更新的密碼。資料儲存的原祕密(主記憶體)，使用者輸入的原祕密(執行緒副本)。當資料庫中儲存的和使用者輸入的原密碼對比相同的時候，才可以將原密碼更新為新密碼。否則就不能更新。

從上面兩個例子我們可以看到，要想成功，需要三個變數：主記憶體變數值、執行緒自己工作區副本值以及要更新的資料值。如果有了上面三個概念，我們就來看看什麼是CAS

二：什麼是CAS

CAS定義：

CAS：Compare and Swap 三個字母的縮寫。

是什麼意思呢？Compare：比較 Swap：交換。所以CAS即為：比較並交換的意思。

需要注意：and 是並的意思。在邏輯運算中，並的意思：只有都成立了才可以執行下面操作。

那麼在Java併發中為什麼會大量的使用到CAS呢？

那是因為CAS是無鎖的一種演算法。為了解決多執行緒並行(併發)情況下使用鎖的話，效能消耗的一種機制。

CAS操作流程：

CAS操作包含了三個操作資料。分別是：主記憶體資料值或主記憶體位置（V）、執行緒工作區副本更新前的資料值或者是預期值(A)以及要更新成的新值（B）。

操作流程：

執行緒M在更新的共享變數的時候，會拿著自己工作區變數副本A的值,假設是1，將要更新的值B。假設是2.去更新主記憶體共享變數V的時候，會先拿著V和A比較。如果V==A的時候，才會將主記憶體V的值換成B。否則就會重新獲取主記憶體的值，進行自旋操作，知道成功位置。

簡單理解：我(執行緒M，工作區值為A)認為主記憶體V中的共享變數值是（包含）A，如果 V的值是A，那麼就將B替換V。如果不是，就不更新V的值，只要告訴我V的最新值。我自己自旋操作，自己玩。

三：CAS程式碼演示

我們知道在JUC下，有個原子包，就在atomic包下，我們用來演示CAS程式碼就用AtomicInteger這個類來演示。程式碼如下圖：

問題：

在12和13行，執行後的結果是什麼呢？

true 執行後。當前i的值為：2020

false 執行後。當前i的值為：2020

為什麼會是這樣呢？

執行結果分析

我們來分析：

在11行的時候，聲明瞭變數i.並賦值為1(即V)，然後第12行，拿著預期值1(即A),和將要更新的值2020(即B).進行CAS之後，因為1==1也就是V==A。這個中情況下，就會把2020重新賦值給V。所以，第12行輸出的就是true和2020；

在第13行假設是執行緒2來訪問。執行緒2自己工作空間變數副本依然是1，更行值是1024.這個時候進行CAS的時候，因為現在主記憶體V的值是2020，所以2020 != 1也就是V != A。這個時候，V的值不能被更新，所以第13行輸出的是就是false和2020.

在看下面：

問題：第14行輸出的是什麼呢 ？

我們來看看執行結果：

為什麼呢？大家可以嘗試這去分析分析。（PS:提示，看看上文CAS定義和CAS操作流程來分析）。

在下一節中，凱哥(凱哥Java:kaigejava)將和大家嘮嘮CAS的原理。為什麼，如果不加鎖的話，volatile不能保證原子性，但是atomic包下的類就可以保證原子性呢？我們從AtomicInteger原始碼追根溯源吧。