自旋锁与CAS

上文我们认识了许许多多的锁，此篇我们的CAS就是从上文的锁策略开展的新概念，我们来一探究竟吧

1. 什么是CAS？

CAS: 全称Compare and swap，字⾯意思:“比较并交换”，⼀个CAS涉及到以下操作：
我们假设内存中的原数据V，旧的预期值A，需要修改的新值B。

1. 比较A与V是否相等。（比较）
2. 如果比较相等，将B写入V。（交换）
3. 返回操作是否成功。

CAS伪代码
下面写的代码不是原子的,真实的CAS是⼀个原子的硬件指令完成的.这个伪代码只是辅助理解CAS的工作流程.

while{boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {if (&address == expectedValue) {&address = swapValue;return true;}return false;}
}

说明：

1. address: 表示要修改的内存地址
2. expectValue: 预期值
3. swapValue:要设置的新值

执行流程：

1. 用一个预期值去和内存中的值做比较
2. 如果预期值与内存中的值相等，就用新的值更新内存中的值
3. 如果预期值与内存中的值不相等，就用进入下一次比较

我们前面学习过的线程安全问题是由于CPU的随机调度导致的，我们的处理方法是给有关修改共享变量的代码块加了synchronize关键字，保证了原子性，解决了线程安全问题，
那么问题来了，
为什么我们看到的CAS伪代码并没有保证原子性，那么他是如何保证原子性的呢？？

我们从一段例子来讲解：

总结：

1. CAS对应的是硬件指令cmpxchg从CPU做了原子性支持，与LOCK 、UNLOCK 指令同地位
2. CAS操作每次读取（LOAD）数据是从主内存中读取，并没有对应的工作内存
3. 自旋锁是通过while把CAS进行包裹，让CAS没有成功的时候不停的执行，直到成功执行为止
4. CAS是一个真正的指令，JVM调用了本地方法之后，对应的CAS指令会在CPU上执行
   执行中LOAD数据会访问主内存

2. CAS实现自旋锁

基于CAS实现更灵活的锁,获取到更多的控制权.
自旋锁伪代码：

public class SpinLock {private Thread owner = null;public void lock(){// 通过CAS 看当前锁是否被某个线程持有.  
// 如果这个锁已经被别的线程持有, 那么就⾃旋等待.  
// 如果这个锁没有被别的线程持有, 那么就把owner 设为当前尝试加锁的线程.  
}}while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())){}public void unlock (){this.owner = null;}

3. JDK中基于CAS实现的原子类

说明：

1. JDK中提供了CAS实现的原子类，我们举其中一种AtomicInteger类来说明
   
2. 我们调用其中的方法getAndIncrement()

//自增 ++i
atomicInteger.getAndIncrement();

3. 我们发现getAndIncrement()方法本质是getAndIncrement()

public final int getAndIncrement() {return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
}

4. 其中调用了Unsafe这个类的方法，是JDK内部的工具类，不建议外部程序员直接调用

private static final Unsafe U = Unsafe.getUnsafe();
//获取内存中字段在对象中的偏移地址private static final long VALUE= U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");

//1. o表示原子类对象
//2. offset表示内存中字段在对象中的偏移地址
//3. delta表示传入的值
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {int v;do {//v是CAS操作之前获取的预期值v = getIntVolatile(o, offset);} while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));//while不停的自旋return v;}

   public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,//内存地址int expected,//预期值int x) {//要设置的值return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);//最后调用compareAndSetInt()方法}

//native表示本地方法，即对应了一条CAS指令cmpxchg
public final native boolean compareAndSetInt(Object o, long offset,int expected,int x);

8. 图解如下：
   

4. CAS的ABA问题

首先我们要知道什么是ABA问题？？？

ABA的问题:
假设存在两个线程t1和t2.有一个共享变量value,初始值为A.
接下来,线程t1想使用CAS把value值改成Z,那么就需要
先读取value的值,记录到oldValue变量中.
使用CAS判定当前value的值是否为A,如果为A,就修改成Z.
但是,在t1执行这两个操作之间,t2线程可能把value的值从A改成了B,又从B改成了A

举个例子： 今天是疯狂星期四，我和我的女友共用一个小荷包吃饭，我和她说如果小荷包里面有100元 (A状态) 晚上6点就点KFC吃，我怕她忘记了，我就先自己点了，此时，小荷包余额为50元 (B状态) 然后我的朋友疯狂星期四V我50，小荷包的钱又变回了100 (A状态)，她再点的时候，发现小荷包还是100元，她就再点了一份，就导致多点了一份KFC

那么我们该如何解决ABA问题呢？？
在点KFC的例子当中，我们可以让他查看一下消费记录(版本号)，此时的100元是否是开始的100元，
由此可得，我们可以可以给value数据加上一个版本号，当线程2要修改时，不仅要value要符合预期值，同时版本号也要符合
即：
CAS操作在读取旧值的同时,也要读取版本号.
真正修改的时候,

• 如果当前版本号和读到的版本号相同,则修改数据,并把版本号+1.
• 如果当前版本号高于读到的版本号.就操作失败(认为数据已经被修改过了).

版本号可以用自增的数值，也可以用随机的UUID，也可以使用时间戳

System.out.println(UUID.randomUUID());

生成随机数：