CAS 其实是我们面试中的常客,因为它是原子类的底层原理,同时也是乐观锁的原理,它的英文全称是 Compare-And-Swap,中文叫做 “比较并交换”,它是一种思想、一种算法。
在多线程的情况下,各个代码的执行顺序是不能确定的,所以为了保证并发安全,我们可以使用互斥锁。
而 CAS 的特点是避免使用互斥锁,当多个线程同时使用 CAS 更新同一个变量时,只有其中一个线程能够操作成功,而其他线程都会更新失败。
不过和同步互斥锁不同的是,更新失败的线程并不会被阻塞,而是被告知这次由于竞争而导致的操作失败,但还可以再次尝试。
CAS 被广泛应用在并发编程领域中,以实现那些不会被打断的数据交换操作,从而就实现了无锁的线程安全。该技术既能保证安全性,又不需要使用互斥锁,能大大提升工具类的性能。
ConcurrentHashMap 对于 CAS 的应用是比较广泛的。
CAS 有什么缺点?
首先,CAS 最大的缺点就是 ABA 问题。
某个值假设从 A 变成了 B,再由 B 变回了 A,此时,我们不仅认为它发生了变化,并且会认为它变化了两次。
在这种场景下,我们使用 CAS,就看不到这两次的变化,因为仅判断 “当前的值和预期的值是否一致” 就是不够的了。
所以 CAS 会认为变量的值在此期间没有发生过变化。所以,CAS 并不能检测出在此期间值是不是被修改过,它只能检查出现在的值和最初的值是不是一样。
那么如何解决这个问题呢?添加一个版本号就可以解决。
我们在变量值自身之外,再添加一个版本号,那么这个值的变化路径就从 A→B→A 变成了 1A→2B→3A,这样一来,就可以通过对比版本号来判断值是否变化过,这比我们直接去对比两个值是否一致要更靠谱,所以通过这样的思路就可以解决 ABA 的问题了。
CAS 的第二个缺点就是自旋时间过长。
由于单次 CAS 不一定能执行成功,所以 CAS 往往是配合着循环来实现的,有的时候甚至是死循环,不停地进行重试,直到线程竞争不激烈的时候,才能修改成功。可是如果我们的应用场景本身就是高并发的场景,就有可能导致 CAS 一直都操作不成功,这样的话,循环时间就会越来越长。而且在此期间,CPU 资源也是一直在被消耗的,这会对性能产生很大的影响。所以这就要求我们,要根据实际情况来选择是否使用 CAS,在高并发的场景下,通常 CAS 的效率是不高的。