CAS（Compare and Swap）是一种无锁算法，在Java并发编程里广泛应用。它是一种原子操作，可在不使用锁的情况下对共享变量进行线程安全的更新。

基本原理

CAS操作需要三个参数：内存位置（V）、旧的预期值（A）和新值（B）。操作流程如下：

  1. 读取内存位置V的值。
  2. 把读取的值和旧的预期值A进行比较。
  3. 若两者相等，就将内存位置V的值更新为新值B；若不相等，则不做更新操作。
  4. 最后返回内存位置V的当前值。

作用

  • 避免锁的使用：与传统锁机制（如synchronized）相比，CAS操作能在无锁的情况下保证线程安全，从而减少了线程阻塞和上下文切换的开销，提高了并发性能。
  • 保证原子性：CAS操作是原子的，这意味着在多线程环境下，对共享变量的更新操作不会被其他线程干扰，保证了数据的一致性。

在并发编程中的应用

  • 原子类：Java的java.util.concurrent.atomic包提供了一系列原子类，像AtomicInteger、AtomicLong等。这些类利用CAS操作实现了原子性的自增、自减等操作，下面是一个简单示例：
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicExample {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
        // 原子性地增加1
        atomicInteger.incrementAndGet();
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}
  • 实现锁：一些锁的实现会借助CAS操作，例如ReentrantLock内部的AbstractQueuedSynchronizer（AQS）就使用了CAS操作来实现锁的获取和释放，避免了线程的阻塞和唤醒，提升了性能。
  • 并发容器：在并发容器（如ConcurrentHashMap）的实现中，CAS操作被用于更新容器的状态和数据，保证了在多线程环境下的高效并发访问。