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CAS是“Compare and Swap“（比较并交换）

news 2025/7/5 22:02:36

CAS是"Compare and Swap"（比较并交换）

一，介绍

CAS是"Compare and Swap"（比较并交换）的缩写，是一种多线程同步的原子操作。它基于硬件的原子性保证，用于解决并发环境下的数据竞争和线程安全问题。

CAS操作包括三个参数：内存地址V、旧的预期值A和新的值B。它的执行步骤如下：

从内存中读取V的当前值；
比较当前值与预期值A是否相等；
如果相等，则将V的值更新为B；
如果不相等，则不做任何操作。

CAS操作是原子的，不会被其他线程中断，因此可以保证数据的一致性和线程安全性。如果CAS操作失败（即当前值与预期值不相等），可以进行重试，直到操作成功为止。

CAS常用于多线程环境下对共享资源的并发控制和同步操作。它可以用来实现一些线程安全的数据结构和算法，比如无锁的队列、计数器等，并且提供了一种高效的方式来处理并发访问的情况，避免了传统锁机制带来的线程切换、上下文切换等开销。

在Java中，java.util.concurrent.atomic包提供了一系列的CAS操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等，能够以原子方式对这些类的值进行更新和修改，实现线程安全的操作。

CAS 如何保证线程安全

CAS（Compare and Swap）通过比较内存中的值与预期值来实现线程安全，具体的步骤如下：

获取内存中的值V；
比较内存中的值V与预期值A是否相等；
如果相等，将内存中的值V更新为新的值B；
如果不相等，则表示其他线程已经修改了内存中的值，此时需要重试或采取其他逻辑。

CAS操作利用底层硬件提供的原子性保证，可以避免传统锁机制中的竞争和阻塞，从而实现了线程安全。

以下是一个使用CAS操作的Java示例代码，展示了如何对共享计数器进行线程安全的自增操作：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicCounter {private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public int getCount() {return count.get();}public void increment() {int oldValue;int newValue;do {// 读取内存中的值oldValue = count.get();// 计算新的值newValue = oldValue + 1;// 使用CAS操作进行比较和交换} while (!count.compareAndSet(oldValue, newValue));}
}

在上述示例中，AtomicInteger类提供了原子的自增操作。通过调用compareAndSet(oldValue, newValue)方法，CAS操作会比较内存中的值和预期值，并进行交换。如果比较和交换成功，则完成了线程安全的自增操作；否则，需要重试直到操作成功。

这样，多个线程同时对该计数器进行自增操作时，可以避免竞争条件和数据不一致的问题。CAS操作保证了内存的一致性和线程安全性，避免了传统锁机制中的阻塞和上下文切换开销。

三，源码中所使用到的CAS

在这里插入图片描述

四，Java源码中多少地方用到了CAS

Java源码中广泛使用了CAS（Compare and Swap）操作来实现对共享资源的线程安全访问。以下是一些常见的Java类和接口，它们在实现中使用了CAS操作：

java.util.concurrent.atomic 包：该包中的类，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等，都是基于CAS操作实现的。这些类提供了原子性的操作方法，避免了使用锁机制带来的竞争和阻塞。
java.util.concurrent.locks 包：该包中的类，如ReentrantLock、StampedLock等，也使用了CAS操作来实现自旋锁、读写锁等并发控制机制。CAS操作可以减少锁的粒度，提高并发性能。
java.util.concurrent 包：该包下的各个辅助类、容器以及框架，如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、CountDownLatch等，使用了CAS操作来实现高效的并发控制和线程安全。
java.util.concurrent.atomic.AtomicReference 类：该类通过CAS操作实现对引用类型的原子更新。它可以用于实现无锁的数据结构，或者在需要原子更新引用类型的场景下使用。
java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference 类：该类除了提供CAS操作外，还提供了版本戳（stamp）的概念。它可以用于解决ABA问题，即在CAS操作中避免发生不一致的问题。

除了以上提到的类和接口，还有其他一些Java源码中使用了CAS操作来实现线程安全的机制。CAS操作在并发编程中非常重要，通过原子性的比较和交换，可以有效地避免竞态条件、数据不一致等问题，提高程序的并发性能。

CAS是“Compare and Swap“（比较并交换）