一文读懂CAS乐观锁：拒绝卡顿与阻塞，拥抱并发与流畅

CAS乐观锁：并发编程的秘密武器

在多线程编程的繁忙世界中，共享资源就像一块美味的蛋糕，多个线程都想咬一口。但如果没有适当的保护措施，竞争激烈的访问会导致数据混乱，就好像一群孩子抢着分一块蛋糕，结果把蛋糕弄得一团糟。

这就是锁登场的时候了！锁就像交通警察，确保线程按顺序访问共享资源，避免混乱。传统的悲观锁采取一种谨慎的态度，在操作资源之前先获取锁，就像一个紧张的父母监督着孩子分享蛋糕。然而，这可能会导致性能下降，尤其是当竞争激烈时。

CAS乐观锁：一种更乐观的锁

与其悲观地假设最坏的情况，乐观锁采取一种更乐观的态度，它假定其他线程不会修改共享资源，就像一个信任的孩子们会公平地分享蛋糕。如果发现有其他线程偷偷修改了蛋糕，乐观锁会果断地说：“不行，重新来过！”并回滚操作。

CAS乐观锁的秘密：比较并交换

CAS乐观锁的秘密武器是比较并交换（CAS）指令。它就像一个聪明的魔术师，可以检测共享资源的值是否与预期的相同，如果相同，就用一个新值替换它，就像魔术师用新的硬币换走旧硬币。如果值不同，魔术师会摇头说：“抱歉，硬币已经变了，你的戏法失败了！”

CAS乐观锁的优点：性能、可扩展性、易用性

CAS乐观锁有几个让人着迷的优点：

• 性能提升： 由于它不涉及线程阻塞，因此可以大幅提升并发系统的性能，尤其是在高竞争场景中。
• 可扩展性： CAS操作是无锁的，这意味着它不会耗尽系统资源，可以在多核处理器系统中轻松扩展。
• 简单易用： CAS操作易于使用，只需调用一个compareAndSet()方法，就能轻松实现并发控制。

CAS乐观锁的缺点：ABA问题、冲突、适用场景

就像任何魔术师都有自己的弱点一样，CAS乐观锁也有几个需要注意的缺点：

• ABA问题： 一个变量的值可能会在读取和写入之间发生两次变化，导致CAS操作认为值没有变化，就像魔术师把硬币换来换去，但你却以为是同一枚硬币。
• 冲突： 当竞争激烈时，CAS操作可能会遭遇大量冲突，就像一群孩子抢着吃蛋糕，导致性能下降。
• 适用场景： CAS乐观锁适用于竞争不激烈的场景，如果竞争很激烈，可能会导致性能下降。

CAS乐观锁的应用场景

CAS乐观锁在以下场景中发挥着重要作用：

• 计数器： 可以实现并发安全的计数器，保证多个线程对计数器的修改不会冲突。
• 栈： 可以实现并发安全的栈，确保多个线程对栈的压入和弹出操作不会出错。
• 队列： 可以实现并发安全的队列，保证多个线程对队列的入队和出队操作不会混乱。
• 其他场景： 还可以用于缓存、消息队列等其他需要并发控制的场景。

总结：一种强大的乐观锁

CAS乐观锁是一种性能优越、可扩展且易于使用的并发控制机制。它特别适用于竞争不激烈的场景，可以有效避免数据混乱，就像一个聪明的魔术师保持着并发编程世界的秩序。

常见问题解答

1. CAS乐观锁比悲观锁好吗？

在竞争不激烈的场景中，CAS乐观锁通常性能更好。但如果竞争很激烈，悲观锁可能更合适。

2. ABA问题怎么解决？

可以结合版本号或时间戳来解决ABA问题，以确保变量值在读取和写入之间没有发生不可见的改变。

3. CAS操作有原子性保证吗？

是的，CAS操作具有原子性保证，因为它是一个硬件指令，保证要么执行成功，要么不执行。

4. CAS乐观锁适合哪些并发数据结构？

CAS乐观锁适用于无序数据结构，如栈和队列，因为这些数据结构不需要维护元素之间的顺序。

5. CAS乐观锁可以完全避免冲突吗？

当竞争激烈时，CAS乐观锁可能会发生大量冲突，因此它不能完全避免冲突。