初探CAS：并发编程中的原子操作利器

后端

2024-02-16 23:44:40

在多线程并发编程中，共享变量的原子操作至关重要。CAS（Compare And Swap），即比较并交换，是一种在并发算法中广泛应用的技术，它保证了共享变量的原子操作，确保了数据的完整性和一致性。

CAS的工作原理

CAS操作涉及三个操作数：内存地址、预期值和新值。它首先将内存地址处的当前值与预期值进行比较。如果两者相等，则将新值写入内存地址，并返回true。否则，不进行任何修改，并返回false。

CAS的优势

CAS具有以下优势：

原子性： CAS操作是一个原子操作，要么完全执行，要么完全不执行。
锁开销小： CAS不需要加锁，因此避免了锁竞争和死锁等问题。
适用于计数器： CAS非常适用于计数器等简单数据结构的并发更新。

CAS在JUC中的应用

Java并发库（JUC）提供了AtomicInteger和AtomicLong等原子变量类，这些类内部使用CAS来保证原子操作。此外，JUC还提供了ConcurrentHashMap等并发集合类，其内部也使用了CAS来实现并发更新。

CAS的使用场景

CAS广泛应用于以下场景：

并发计数器更新
无锁队列和栈的实现
引用计数的维护
乐观锁的实现

需要注意的点

在使用CAS时需要注意以下几点：

CAS不能保证顺序性。
CAS只能应用于基本数据类型或引用类型的对象。
CAS无法解决伪共享问题。

案例：并发计数器的实现

下面是一个使用CAS实现并发计数器的例子：

public class ConcurrentCounter {
    private volatile long count;

    public void increment() {
        while (true) {
            long expectedValue = count;
            long newValue = expectedValue + 1;
            if (cas(expectedValue, newValue)) {
                break;
            }
        }
    }

    private boolean cas(long expectedValue, long newValue) {
        return UNSAFE.compareAndSwapLong(this, COUNT_OFFSET, expectedValue, newValue);
    }
}