CAS原理和ABA问题

CAS（Compare-And-Swap）是Java并发编程中的重要机制，理解CAS对于理解原子类和高并发编程至关重要。

核心问题

CAS是什么？

CAS是一种无锁的原子操作，通过比较内存中的值和期望值，如果相等则更新为新值。

CAS的实现原理

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

底层实现：

• 使用Unsafe类的native方法
• CPU提供原子指令（如x86的CMPXCHG）
• 保证操作的原子性

ABA问题

问题描述：

• 线程1读取值A
• 线程2将A改为B，再改回A
• 线程1的CAS操作仍然成功

解决方案：

1. 版本号机制：使用AtomicStampedReference
2. 时间戳机制：记录修改时间
3. 标记位机制：使用标记位区分

使用场景

1. 原子类

AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
count.incrementAndGet();  // CAS实现

2. 乐观锁

• 数据库乐观锁
• 版本控制
• 无锁数据结构

3. 自旋锁

while (!cas(lock, 0, 1)) {
    // 自旋等待
}

常见面试题

1. CAS的优缺点？

   • 优点：无锁，性能好
   • 缺点：ABA问题，自旋消耗CPU

2. CAS和synchronized的区别？

   • CAS：乐观锁，无阻塞
   • synchronized：悲观锁，阻塞等待

3. 如何解决ABA问题？

   • 使用AtomicStampedReference
   • 使用版本号或时间戳