CAS机制详解以及ABA问题的危害和解决方案

首先，先讲一下 CAS机制到底怎么运作。让我们一探究竟。

1.什么是CAS机制

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

这样说或许有些抽象，我们来看一个例子：

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

3.在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

4.线程1开始提交更新，首先进行A和地址V的实际值比较（Compare），发现A不等于V的实际值，提交失败。

5.线程1重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说，A=11，B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

6.这一次比较幸运，没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare，发现A和地址V的实际值是相等的。

7.线程1进行SWAP，把地址V的值替换为B，也就是12。

2.适用场景，以及Java中哪些地方用到了CAS机制

concurrent.Atomic 包下一系列Atomic开头的包装类，利用了CAS机制。例如AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong。它们分别用于Boolean，Integer，Long类型的原子性操作。
Lock系列类的底层实现
Java1.6以上版本，synchronized转变为重量级锁之前，也会使用CAS机制。

众所周知锁有两种：乐观锁与悲观锁。

独占锁是一种悲观锁，而 synchronized 就是一种独占锁，synchronized 会导致其它所有未持有锁的线程阻塞，而等待持有锁的线程释放锁。

所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。而乐观锁用到的机制就是CAS。

从思想上来说，Synchronized属于悲观锁，悲观地认为程序中的并发情况严重，所以严防死守。CAS属于乐观锁，乐观地认为程序中的并发情况不那么严重，所以让线程不断去尝试更新。

讲一下synchronized的性能问题

Synchronized关键字会让没有得到锁资源的线程进入BLOCKED状态，而后在争夺到锁资源后恢复为RUNNABLE状态，这个过程中涉及到操作系统用户模式和内核模式的转换，代价比较高。

尽管Java1.6为Synchronized做了优化，增加了从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的过度，但是在最终转变为重量级锁之后，性能仍然较低。

jdk1.6以后对synchronized锁做了哪些优化

1.适应自旋锁

自旋锁：为了减少线程状态改变带来的消耗不停地执行当前线程

2.锁消除：

不可能存在共享数据竞争的锁进行消除

3.锁粗化：

将连续的加锁精简到只加一次锁

4.轻量级锁：

无竞争条件下通过CAS消除同步互斥

5.偏向锁：

无竞争条件下消除整个同步互斥，连CAS都不操作。

那么这么看来CAS看起来不错，那是否可以以后不用synchronized，都用CAS呢。

实际上是不可以的，这两种机制没有绝对的好与坏，关键看使用场景**。在并发量非常高的情况下，反而使用synchronized 同步锁比较合适**

3.CAS的优缺点

优点：

在并发量不是很高时cas机制会提高效率。

缺点：

1.CPU开销较大

在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

2.不能保证代码块的原子性

CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用Synchronized了。

因为它本身就只是一个锁住总线的原子交换操作啊。两个CAS操作之间并不能保证没有重入现象。

3.ABA问题

这是CAS机制最大的问题所在。

4.进一步探讨ABA问题

大家想一下，上边我们提到CAS存在 ABA问题，但是大家有没有想过，表面上看ABA问题并不对我们有啥影响啊，比如线程1 要把 int 变量a 从 1修改为 2，在a 读完 a的旧值1之后，即将去替换内存中的值的时候，线程2 也读取了a 的旧值并将其修改为 2，然后又修改成了 1，此事 a的值还是1 ，和 a 读到的旧值 1 一样，这看起来是没啥问题的，对我们的业务没啥影响。这是一种特殊情况。

但是大家想一下到底哪种情况下 ABA问题会对我们的业务产生影响呢？

上诉描述特殊情况可能适用于库存的操作。表面上对业务不会产生影响。

但是对于下面的场景可能就是严重的事故了。

例如：

小牛取款，由于机器不太好使，多点了几次取款操作。后台threadA和threadB工作，
此时threadA操作成功(100->50)，threadB阻塞。正好牛妈打款50元给小牛(50->100)，
threadC执行成功，之后threadB运行了，又改为(100->50)。
牛气冲天，lz钱哪去了？？？

然后怎么去解决优化呢？

对内存中的值加个版本号，在比较的时候除了比较值还的比较版本号。

java:AtomicStampedReference就是用版本号实现cas机制。

参考文档：https://blog.csdn.net/qq_32060101/article/details/103558002