深入理解CAS算法原理

CAS是Compare And Swap（比较和替换）的简称，是一种无锁算法，它是一种乐观锁技术。能够在不使用锁的情况下，保证对数据操作的原子性，解决多线程之间变量同步的问题。因为不涉及锁操作，所以具有交高的性能。

CAS 是如何保证原则性操作的

CAS中有3个参数

V：表示要更新的变量，主内存中的值
E：表示预期的值，线程中的值
N：表示新值

执行逻辑

CAS中有3个参数

1. 先查询V，赋值给E。
2. 然后比较V是否等于E。（数据很可能被其它线程修改，这里比较预期的值和原始值是要确认数据没有被修改过）
3. 如果不等，从新行执1，否则，将N赋值给V。

在绝大部分CPU平台都包含CAS指令，它在CPU中属于原子操作，如果当前CPU平台不支持CAS指令的时候，可以采共享内存（所有线程都监控主内存变化，比如Java的valatile）的方式实现。

CAS的优点

原子性

CAS 操作是原子的，不可被中断，确保了操作的完整性。

无锁

CAS 是一种无锁的同步机制，相比于传统的锁机制，它不需要阻塞线程，而是采用自旋的方式，通过不断尝试来完成操作，减少了线程争夺锁的开销。

乐观并发控制

CAS 是一种乐观并发控制的方式，它假设多线程操作不会频繁冲突，在真正发生冲突时会进行重试。

CAS的不足之处

ABA问题

因为CAS需要在操作的时候会检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

解决方案：使用版本号，在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A→B→A就会变成1A→2B→3A，这样就能确认当前的A其实是修改后的值了。

循环时间长开销大

CAS操作通常需要使用循环来重试，直到成功。如果长时间不成功，就会导致循环时间长，增加开销。

解决方案：可以通过使用backoff策略（逐渐增加重试间隔）来减少循环次数，降低开销。

只能保证一个共享变量的原子操作

当对一个共享变量执行操作时，可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性。

解决方案：使用锁来操作多个变量或者将多个变量合并成一个（比如1个long可以存储2个int）

平台相关性

CAS操作的实现通常依赖于硬件的支持，不同的硬件平台可能有不同的实现，这可能导致平台相关性。

解决方案：使用平台无关的抽象层，如Java中的java.utilconcurrent.atomic包。