1、CAS是什么?
比较并交换(compare and swap, CAS)，是原子操作的一种。在多线程没有锁的状态下，可以保证多个线程对同一个值的更新
通常指的是这样一种原子操作：针对一个变量，首先比较它的内存值与某个期望值是否相同，如果相同，就给它赋一个新值。
CAS的伪代码的逻辑
if (value == expectedValue) {
value = newValue;
}
CAS 可以看作是它们合并后的整体一个不可分割的原子操作，并且其原子性是直接在硬件层面得到保障的。
在多线程场景下，不加锁的情况下来修改值，CAS是怎么自旋的呢
以上图举例说明：
1、现在Data中存放的是N=0，线程A将N=0拷贝到自己的工作内存中，即E等于N的值，E=0，做加1操作，V=E+1=1
2、由于是在多线程不加锁的场景下操作，所以可能此时N被别的线程修改为其他值，此时需要再次读取N看其是否被修改
3、如果被修改，即E != N,说明被其他线程修改过，那么此时工作内存中的E已经和主存中的N不一致了，需要重新读取N的值拷贝到工作内存E中，直到E = N才能修改
4、如果没被修改，即E= N ,说明没被其他线程修改过，那么将工作内存中的E=0改为E=1,同时写回主存，将N=0改为N=1。
2、ABA问题
1、什么是ABA问题？
在线程A计算V的时候，可能线程B将N=0改为了N=2，线程C又将N=2改为了N=0，此时的N值虽然还是0，还是N已经不是一开始的N了
2、如何解决ABA问题？
1、添加版本号，我们把值N加一个版本号tag，当有线程修改的时候，版本号就会发生变化。在读取E的时候，同时将版本号tag也读取上，在比较E == N的时候，同时比较tag是否发生了改变
实际应用此方案的有：AtomicStampedReference类
2、添加时间戳也可以解决。查询的时候把时间戳一起查出来，对的上才修改并且更新值的时候一起修改更新时间，这样也能保证，方法很多但是跟添加版本号都是异曲同工之妙。
3、基于CAS的应用
基于CAS的应用有 信号量Semaphore、juc原子类
juc原子类：
| 基本类型 | AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean |
| 引用类型 | AtomicReference、AtomicStampedRerence、AtomicMarkableReference |
| 数组类型 | AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray |
| 对象属性原子修改器 | AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater |
| 原子类型累加器（jdk1.8增加的类） | DoubleAccumulator、DoubleAdder、LongAccumulator、LongAdder、Striped64 |
4、CAS源码分析
CAS的应用：Unsafe类public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);
public native boolean compareAndSwapLong(Object obj, long offset, long expect, long update);
public native boolean compareAndSwapObject(Object obj, long offset, Object expect, Object update)
可以看到是native修饰的方法,native说明是通过jni调用C++的代码了，我们就来看一下C++中是怎么实现的CAS。下面是unsafe.cpp中代码实现
#unsafe.cpp
UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
oop p = JNIHandles::resolve(obj);
// 根据偏移量，计算value的地址
jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
// Atomic::cmpxchg(x, addr, e) cas逻辑 x:要交换的值 e:要比较的值
//cas成功，返回期望值e，等于e,此方法返回true
//cas失败，返回内存中的value值，不等于e，此方法返回false
return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
核心逻辑在Atomic::cmpxchg方法中，这个根据不同操作系统和不同CPU会有不同的实现。这里我们以linux_64x的为例，查看Atomic::cmpxchg的实现
#atomic_linux_x86.inline.hpp
inline jint Atomic::cmpxchg (jint exchange_value, volatile jint* dest, jint compare_value) {
//判断当前执行环境是否为多处理器环境
int mp = os::is_MP();
//LOCK_IF_MP(%4) 在多处理器环境下，为 cmpxchgl 指令添加 lock 前缀，以达到内存屏障的效果
//cmpxchgl 指令是包含在 x86 架构及 IA-64 架构中的一个原子条件指令，
//它会首先比较 dest 指针指向的内存值是否和 compare_value 的值相等，
//如果相等，则双向交换 dest 与 exchange_value，否则就单方面地将 dest 指向的内存值交给exchange_value。
//这条指令完成了整个 CAS 操作，因此它也被称为 CAS 指令。
__asm__ volatile (LOCK_IF_MP(%4) "cmpxchgl %1,(%3)"
: "=a" (exchange_value)
: "r" (exchange_value), "a" (compare_value), "r" (dest), "r" (mp)
: "cc", "memory");
return exchange_value;
cmpxchgl的详细执行过程：
输入参数是"r" (exchange_value), “a” (compare_value), “r” (dest), “r” (mp)，参数前面的r表示通用寄存器，a表示eax寄存器，即compare_value存入eax寄存器，而exchange_value、dest、mp的值存入任意的通用寄存器。嵌入式汇编规定把输出和输入寄存器按统一顺序编号，顺序是从输出寄存器序列从左到右从上到下以”0%”开始，分别记为%0,%1....%9。也就是说，输出的eax是%0，输入的exchange_value、compare_value、dest、mp分别是%1，%2，%3，%4。
因此cmpxchgl %1,(%3)实际上表示的是cmpxchgl exchange_value,(dest) ,需要注意的是cmpxchgl 有个隐含操作数，其实际过程是先比较eax(即compare_value)的值和dest地址所存的值是否相等。输出参数"=a" (exchange_value) 表示把eax中存的值写入eachange_value变量中。
如果cmpxchgl执行时compare_value和dest指针指向内存的值相等，则会使得dest指针指向内存的值变成exchange_value，最终eax的campare_value赋值给exchange_value变量，即函数最终返回值是原先的compare_value,此时Unsafe_CompareAndSwapInt函数的返回值(jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e就是true,表示CAS成功，
如果cmpxchgl执行时compare_value和dest不相等，则会将当前dest指针指向内存的值写入eax，最终输出时赋值给exchange_value变量作为返回值，导致(jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e结果为false，表示CAS失败
LOCK_IF_MP(%4)方法内部为
#define LOCK_IF_MP(mp) "cmp $0, " #mp "; je 1f; lock; 1: "
LOCK_IF_MP(mp)函数中的入参mp全称是Multi Processor ,多CPU。
注意这个函数里有个lock; 1，意思是什么呢，就是看你操作系统有多少个处理器，如果只有一个cpu一核的话就不需要原子性了，一定是顺序执行的，如果是多核心多cpu前面就要加lock。
所以最终实现CAS的汇编指令是lock cmpxchgl 指令
标签：compare,exchange,CAS,value,dest,自旋,jint From： https://www.cnblogs.com/kiko2014551511/p/16880798.html