[TOC] ## 簡介 CAS是Compare-and-swap（比較與替換）的簡寫，是一種有名的無鎖算法。 CAS指令需要三個操作數，分別是 * 內存地址（在Java內存模型中可以簡單理解為主內存中變量的內存地址） * 舊值（在Java內存模型中，可以理解工作內存中緩存的主內存的變量的值） * 新值 CAS操作執行時，當且僅當主內存對應的值等于舊值時，處理器用新值去更新舊值，否則它就不執行更新。但是無論是否更新了主內存中的值，都會返回舊值，上述的處理過程是一個原子操作。 所謂的CAS自旋，指的就是如果執行一次CAS失敗。那說明在執行“獲取-設置”操作的時候值已經有了修改，那么舊值替換成內存地址的值，然后再次循環進行下一次操作，直到設置成功為止。 ## CAS在Java中的實現 Java程序中才可以使用CAS操作，該操作由sun.misc.Unsafe類里面的compareAndSwapInt和 compareAndSwapLong 等幾個方法包裝提供。 以AtomicInteger#incrementAndGet()為例子 ~~~ private static final sun.misc.Unsafe U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); private static final long VALUE; static { try { //AtomicInteger對象value成員變量在內存中的偏移量。我們可以簡單地把valueOffset理解為value變量的內存地址。 VALUE = U.objectFieldOffset (AtomicLong.class.getDeclaredField("value")); } catch (ReflectiveOperationException e) { throw new Error(e); } } public final boolean compareAndSet(long expect, long update) { /** * 第一個參數object是當前對象 * 第二個參數offest表示該變量在內存中的偏移地址（CAS底層是根據內存偏移位置來獲取的） * 第三個參數expected為舊值 * 第四個參數x為新值。 */ return U.compareAndSwapInt(this, VALUE, expect, update); } ~~~ 在java中，我們主要分析Unsafe類，因為所有的CAS操作都是它來實現的，在Unsafe類中這些方法也都是native方法 ~~~ public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6) ~~~ 由于Unsafe類不是提供給用戶程序調用的類(Unsafe.getUnsafe()的代碼中限制了只有啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader)加載的Class才能訪問它）。因此，如果不采用反射手段，我們只能通過其他的Java API來間接使用它，如J.U.C包里面的整數原子類，其中的compareAndSet()和getAndIncrement()等方法都使用了Unsafe類的CAS操作。 ~~~ UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSetInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)) { oop p = JNIHandles::resolve(obj); if (p == NULL) { volatile jint* addr = (volatile jint*)index_oop_from_field_offset_long(p, offset); return RawAccess<>::atomic_cmpxchg(x, addr, e) == e; } else { assert_field_offset_sane(p, offset); return HeapAccess<>::atomic_cmpxchg_at(x, p, (ptrdiff_t)offset, e) == e; } } UNSAFE_END ~~~ unsafe.cpp最終會調用atomic.cpp, 而atomic.cpp會根據不同的處理調用不同的處理器指令 ## 參考資料 [Java并發編程：CAS操作](https://blog.csdn.net/fei20121106/article/details/83186222)