Java CAS是什么，它有什么用？（新手必看）

在多个线程同时访问同一个共享资源时可能出现竞争问题，为了保证数据的一致性和正确性，我们通常采取同步机制来对共享资源进行加锁。但是，传统的锁机制在高并发场景下会带来严重的性能问题，因为所有线程都需要等待锁的释放才能进行操作，这会导致大量线程的阻塞和唤醒，进而降低系统的并发性能。

为了解决上述问题，CAS 应运而生。CAS 是一种非阻塞式并发控制技术，可以在不使用锁的情况下实现数据的同步和并发控制。

CAS（Compare And Swap，比较并交换）是一种用来实现多线程同步的原子指令，被广泛应用于实现无锁编程，如原子类和某些并发数据结构等。

CAS 操作涉及 3 个操作数，分别是内存变量（V）、预期值（A）和新值（B）。当多个线程使用 CAS 操作一个变量时，可以保障以下过程的原子性：

• 检查变量 V 中的值是否等于预期值 A；
• 如果变量 V 中的值等于 A，就将变量 V 中的值更新为新值 B；
• 如果变量 V 中的值不等于 A，就放弃更新操作。

“原子性”意味着上述操作是不可中断的，在检查值操作和更新值操作之间不会有其他操作插入。在多个线程中只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败，但失败的线程并不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试上述操作。

Java CAS常见应用场景

在多线程编程中，CAS 常见的应用场景和作用如下：

1) 无锁同步

CAS 提供了一种在不使用传统锁（如互斥锁）的情况下进行线程同步的方法。使用这种方法可以减少线程之间的阻塞和上下文切换，提高系统的并行性能。

2) 构建原子性操作

CAS 支持一些高级的原子性操作，如原子变量上的递增、递减、加法等，都是基于 CAS 实现的。

3) 实现并发数据结构

CAS 被广泛用于实现并发数据结构（如原子计数器、无锁队列和栈等），因为它能确保在多线程环境下数据结构状态的一致性。

4) 实现乐观锁定机制

在数据库和软件事务内存（Software Transactional Memory，STM）中，CAS 可以用于实现乐观锁定机制，其中每次操作都假设没有冲突，只在提交时检查是否有其他线程已经更改了数据。

CAS 操作的具体优点可以总结为以下几方面：

• 开销小：CAS 操作不需要加锁，因此可以避免加锁操作所带来的性能开销；
• 一致：CAS 操作是原子性的，因此可以保证操作的一致性；
• 无阻塞：CAS 操作不会阻塞线程，因此可以避免线程的切换和上下文切换。

CAS 操作是现代多 CPU 系统中支持并行算法的基础之一，它是构建出高效、可扩展并发算法的重要工具。