JAVA多线程中，线程安全问题是随处可见的问题，JAVA早期版本使用synchronized来保证线程同步。JDK1.5之后引入CAS。

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一、CAS的概念

  CAS（全称：compare and swap，比较和及交换），CAS至少需要三个操作数，当前内存位置（VALUE）、预期的值（expectedValue）、新值（newValue），如图。当多个线程对同一个变量修改的时候，CAS的做法是：找到当前内存的存储的值，然后和预期的值进行比较，如果当前内存位置的值和expectedValue相等，则自动将该值设置为newValue，如果不可相等，将再次获取当前位置的值比较，直到当前内存的值和expectedValue相等，然后才将内存的值设置为newValue。简单的说，就是不断的进行比较，直到成功后设置新值，保证设置新值的时候不会去覆盖别的线程的设置的值。

二、以AtomicInteger.java为例

  JAVA中对AtomicInteger.java的注释如下：可以原子方式更新int的值，也就是说，AtomicInteger.java这个类中，涉及到的相关方法在操作行基本上都是原子性的，基本都能保证线程安全问题。

1、getAndIncrement()方法

  JAVA中对getAndIncrement()的注释如下：使用VarHandle.getAndAdd指定的内存效果，以原子方式递增当前值，相当于getAndAdd(1)。也就是说，当我们调用getAndIncrement()的时候，相当于系统帮我们以原子操作进行了i++操作。

2、getAndAddInt()方法

  当我们调用getAndIncrement()时，方法会调用Unsafe.java类中的getAndAddInt()方法，源码如下：

public final int getAndIncrement() {return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
}public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {int v;do {v = getIntVolatile(o, offset);} while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));return v;}

  v相当于是i++中的i，o是当前对象，也就是AtomicInteger.java对象，因为这个o是从上层传递下来的，offset为偏移量，在UnSafe.java中，通过获取o+offset的位置的值，然后调用weakCompareAndSetInt()方法来进行原子操作。

3、weakCompareAndSetInt()方法

  到这里我们可以发现，其实，v就是我们期望的值，x就是我们想要改变的值。

 public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,int expected,int x) {return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);}

4、compareAndSetInt()方法

  compareAndSetInt()方法是一个native方法，也就是用c++来实现的，我们需要在JDK官网上下载JDK源码，找到/openjdk/src/hotspot/share/prims/unsafe.cpp文件中的Unsafe_CompareAndSetInt()方法，实际上它调用了atomic_cmpxchg()方法。compareAndSetInt()返回一个boolean类型的值，这个boolean类型的值是atomic_cmpxchg()返回的寄存器中的值和新值比较的结果。如果相等，就说明CAS成功，新值设置成功，返回true，否则就说明CAS失败，新值设置失败，返回false。源码如下：

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSetInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)) {oop p = JNIHandles::resolve(obj);if (p == NULL) {volatile jint* addr = (volatile jint*)index_oop_from_field_offset_long(p, offset);return RawAccess<>::atomic_cmpxchg(x, addr, e) == e;} else {assert_field_offset_sane(p, offset);return HeapAccess<>::atomic_cmpxchg_at(x, p, (ptrdiff_t)offset, e) == e;}
} UNSAFE_END

5、atomic_cmpxchg()方法

  转到/openjdk/src/hotspot/os_cpu/linux_x86/atomic_linux_x86.hpp文件中，查看atomic_cmpxchg具体的系统平台的实现，源码如下：

template<>
template<typename T>
inline T Atomic::PlatformCmpxchg<8>::operator()(T exchange_value,T volatile* dest,T compare_value,atomic_memory_order /* order */) const {STATIC_ASSERT(8 == sizeof(T));__asm__ __volatile__ ("lock cmpxchgq %1,(%3)": "=a" (exchange_value): "r" (exchange_value), "a" (compare_value), "r" (dest): "cc", "memory");return exchange_value;
}

  到这里已经是汇编指令的级别代码了。
    “r” (exchange_value), “a” (compare_value), “r” (dest)：表示将compare_value的值存入eax寄存器，exchange_value、dest存入任意的通用寄存器。
    “=a” (exchange_value)：表示将rax寄存器的值赋值给exchange_value变量。
    lock：lock指令就是锁总线，来保证这块内存的互斥性。
    cmpxchgq %1,(%3)：实际上是cmpxchgq exchange_value, (dest)。首先把比较eax寄存器的值和dest的值是否相等，如果相等，则把exchange_value的值写入到dest指向的地址中，如果不相等，则把dest中的值写入到eax寄存器中。最中返回exchange_value，而exchange_value存储的是eax寄存器中的值，

总结

  本文主要是对JAVA多线程中CAS问题进行了一系列的探讨。内容设计面较广，深入JAVA源码以及C++源码，深入了解了CAS工作的原理。