CAS相关

一、CAS基础概念

CAS全称 Compare And Swap，比较并交换，是乐观锁实现，无锁机制保证共享变量操作原子性。 JUC大量底层依赖CAS：Atomic原子类、AQS同步器、轻量级锁底层均使用CAS。

二、CAS执行流程

包含三个操作数：

1. V：主内存当前真实值
2. A：线程工作内存预期旧值
3. B：需要更新的新值

执行逻辑：

1. 比较主内存V与预期值A是否相等；
2. 相等：将V修改为B，返回true；
3. 不相等：修改失败，不做任何操作，返回false；
4. 业务层搭配while循环自旋重试，直到修改成功。

伪代码：

while(true){
    int old = getMainMemoryValue();
    int newVal = old + 1;
    if(compareAndSwap(old, newVal)){
        break;
    }
}

三、乐观锁 vs 悲观锁

1. CAS（乐观锁） 默认认为并发冲突很少，不加锁；修改失败自旋重试，线程不会阻塞；低并发场景性能高。
2. synchronized（悲观锁） 默认一定会发生竞争，直接上锁；未抢到锁线程阻塞，上下文切换开销大；高并发稳定。

四、CAS优缺点

优点

1. 无锁，线程不阻塞，无内核态切换开销，低竞争下性能远高于重量级锁；
2. 底层CPU硬件原语，原子性有保障。

缺点

1. 高并发下自旋循环大量占用CPU，性能急剧下降；
2. 存在ABA问题；
3. 只能保证单个变量原子操作，无法保证多变量复合操作原子性。

五、底层实现

CAS依赖Unsafe类native方法，底层由操作系统CPU硬件指令实现，具备原子性。

六、面试高频问题解析

1. 问：什么是CAS？

   答： CAS是Compare And Swap比较并交换，属于乐观锁。通过对比主内存真实值与本地预期值，相等则更新；失败则自旋重试，无锁保证单变量原子操作，Atomic、AQS底层均基于CAS实现。

2. 问：乐观锁和悲观锁区别，分别对应什么实现？

   答： 乐观锁假设冲突少，不加锁，失败自旋，代表CAS；悲观锁假设冲突频繁，提前加锁阻塞线程，代表synchronized。

3. 问：CAS自旋锁有什么优缺点？

   答： 优点：无阻塞、无内核切换，低并发性能好；缺点：高并发大量空循环消耗CPU，存在ABA问题，仅支持单个变量原子操作。

4. 问：CAS底层依靠什么实现？

   答： 依赖Unsafe类本地native方法，底层调用CPU硬件原语，硬件层面保证操作不可分割。

5. 问：CAS和synchronized适用场景？

   答： 竞争少、短耗时逻辑用CAS；并发激烈、长时间持有资源用synchronized，避免无限自旋消耗CPU。