CAS¶
CAS 是什么，它的英文全称是 Compare-And-Swap，中文叫做“比较并交换”，它是一种思想、一种算法。
在多线程的情况下，各个代码的执行顺序是不能确定的，所以为了保证并发安全，我们可以使用互斥锁。而 CAS 的特点是避免使用互斥锁，当多个线程同时使用 CAS 更新同一个变量时，只有其中一个 线程能够操作成功，而其他线程都会更新失败。不过和同步互斥锁不同的是，更新失败的线程并不会被阻塞，而是被告知这次由于竞争而导致的操作失败，但还可以再次尝试。 CAS 被广泛应用在并发编程领域中，以实现那些不会被打断的数据交换操作，从而就实现了无锁的线程安全。
在大多数处理器的指令中，都会实现 CAS 相关的指令，这一条指令就可以完成“比较并交换”的操作，也正是由于这是一条(而不是多条)CPU 指令，所以 CAS 相关的指令是具备原子性的，这个组合操 作在执行期间不会被打断，这样就能保证并发安全。由于这个原子性是由 CPU 保证的，所以无需我们程序员来操心。
CAS 有三个操作数:内存值 V、预期值 A、要修改的值 B。CAS 最核心的思路就是，仅当预期值 A 和当前的内存值 V 相同时，才将内存值修改为 B。
我们对此展开描述一下:CAS 会提前假定当前内存值 V 应该等于值 A，而值 A 往往是之前读取到当时的内存值 V。在执行 CAS 时，如果发现当前的内存值 V 恰好是值 A 的话，那 CAS 就会把内存值 V 改成值 B，而值 B 往往是在拿到值 A 后，在值 A 的基础上经过计算而得到的。如果执行 CAS 时发现此时内存值 V 不等于值 A，则说明在刚才计算 B 的期间内，内存值已经被其他线程修改过了，那么本 次 CAS 就不应该再修改了，可以避免多人同时修改导致出错。这就是 CAS 的主要思路和流程。
JDK 正是利用了这些 CAS 指令，可以实现并发的数据结构，比如 AtomicInteger 等原子类。
利用 CAS 实现的无锁算法，就像我们谈判的时候，用一种非常乐观的方式去协商，彼此之间很友好，这次没谈成，还可以重试。CAS 的思路和之前的互斥锁是两种完全不同的思路，如果是互斥锁，不存 在协商机制，大家都会尝试抢占资源，如果抢到了，在操作完成前，会把这个资源牢牢的攥在自己的手里。当然，利用 CAS 和利用互斥锁，都可以保证并发安全，它们是实现同一目标的不同手段。
CAS 的优缺点¶
ABA问题¶
首先，CAS 最大的缺点就是 ABA 问题。 决定 CAS 是否进行 swap 的判断标准是“当前的值和预期的值是否一致”，如果一致，就认为在此期间这个数值没有发生过变 动，这在大多数情况下是没有问题的。 但是在有的业务场景下，我们想确切知道从上一次看到这个值以来到现在，这个值是否发生过变化。例如，这个值假设从 A 变成了 B，再由 B 变回了 A，此时，我们不仅认为它发生了变化，并且会认为它变化了两次。 在这种场景下，我们使用 CAS，就看不到这两次的变化，因为仅判断“当前的值和预期的值是否一致”就是不够的了。CAS 检 查的并不是值有没有发生过变化，而是去比较这当前的值和预期值是不是相等，如果变量的值从旧值 A 变成了新值 B 再变回 旧值 A，由于最开始的值 A 和现在的值 A 是相等的，所以 CAS 会认为变量的值在此期间没有发生过变化。所以，CAS 并不 能检测出在此期间值是不是被修改过，它只能检查出现在的值和最初的值是不是一样。 我们举一个例子:假设第一个线程拿到的初始值是 100，然后进行计算，在计算的过程中，有第二个线程把初始值改为了 200，然后紧接着又有第三个线程把 200 改回了 100。等到第一个线程计算完毕去执行 CAS 的时候，它会比较当前的值是不是 等于最开始拿到的初始值 100，此时会发现确实是等于 100，所以线程一就认为在此期间值没有被修改过，就理所当然的把这 个 100 改成刚刚计算出来的新值，但实际上，在此过程中已经有其他线程把这个值修改过了，这样就会发生 ABA 问题。 如果发生了 ABA 问题，那么线程一就根本无法知晓在计算过程中是否有其他线程把这个值修改过，由于第一个线程发现当前 值和预期值是相等的，所以就会认为在此期间没有线程修改过变量的值，所以它接下来的一些操作逻辑，是按照在此期间这个 值没被修改过”的逻辑去处理的，比如它可能会打印日志:“本次修改十分顺利”，但是它本应触发其他的逻辑，比如当它发现 了在此期间有其他线程修改过这个值，其实本应该打印的是“本次修改过程受到了干扰”。 那么如何解决这个问题呢?添加一个版本号就可以解决。 我们在变量值自身之外，再添加一个版本号，那么这个值的变化路径就从 A→B→A 变成了 1A→2B→3A，这样一来，就可 以通过对比版本号来判断值是否变化过，这比我们直接去对比两个值是否一致要更靠谱，所以通过这样的思路就可以解决 ABA 的问题了。
在 atomic 包中提供了 AtomicStampedReference 这个类，它是专门用来解决 ABA 问题的，解决思路正是利用版本 号，AtomicStampedReference 会维护一种类似
自旋时间过长¶
CAS 的第二个缺点就是自旋时间过长。 由于单次 CAS 不一定能执行成功，所以 CAS 往往是配合着循环来实现的，有的时候甚至是死循环，不停地进行重试，直到线程竞争不激烈的时候，才能修改成功。
可是如果我们的应用场景本身就是高并发的场景，就有可能导致 CAS 一直都操作不成功，这样的话，循环时间就会越来越 长。而且在此期间，CPU 资源也是一直在被消耗的，这会对性能产生很大的影响。所以这就要求我们，要根据实际情况来选 择是否使用 CAS，在高并发的场景下，通常 CAS 的效率是不高的。
范围不能灵活控制¶
CAS 的第三个缺点就是不能灵活控制线程安全的范围。
通常我们去执行 CAS 的时候，是针对某一个，而不是多个共享变量的，这个变量可能是 Integer 类型，也有可能是 Long 类 型、对象类型等等，但是我们不能针对多个共享变量同时进行 CAS 操作，因为这多个变量之间是独立的，简单的把原子操作 组合到一起，并不具备原子性。因此如果我们想对多个对象同时进行 CAS 操作并想保证线程安全的话，是比较困难的。
有一个解决方案，那就是利用一个新的类，来整合刚才这一组共享变量，这个新的类中的多个成员变量就是刚才的那多个共享 变量，然后再利用 atomic 包中的 AtomicReference 来把这个新对象整体进行 CAS 操作，这样就可以保证线程安全。
相比之下，如果我们使用其他的线程安全技术，那么调整线程安全的范围就可能变得非常容易，比如我们用 synchronized 关键 字时，如果想把更多的代码加锁，那么只需要把更多的代码放到同步代码块里面就可以了。