# CAS

我们希望在并发的过程中，先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那么操作就成功了，否则就采取补偿措施。这种基于冲突检测的乐观的操作许多实现都不需要将线程阻塞，因此这种同步操作称为非阻塞同步。

乐观锁需要操作和冲突检测这两个步骤具备原子性，这里的原子性不能够使用互斥同步来保证，只能靠硬件来完成。硬件支持的原子性操作最典型的是: 比较并交换 ( Compare-and-Swap，CAS )。 CAS 指令需要有 3 个操作数，分别是内存地址 V 、旧的预期值 A 和新值 B 。当执行操作时，只有当 V 的值等于 A ，才将 V 的值更新为 B 。

因为 CAS 操作时原子性的，所以多线程并发使用 CAS 更新数据时不用锁。类似 sql 中的条件更新一样： update set id=3 from table where id=2 。因为单条 sql 执行具有原子性，如果有多个线程同时执行此 sql 语句，只有一条能更新成功（就是最后一个执行的那个）。

CAS 方式为乐观锁， synchronized 为悲观锁。因此使用 CAS 解决并发问题通常情况下性能更优。

问题：

ABA 问题，如果一个变量初次读取的时候是 A 值，它的值被改成了 B ，后来又被改回为 A ，那 CAS 操作就会误认为它从来没有被改变过。 J.U.C 包提供了一个带有标记的原子引用类 AtomicStampedReference 来解决这个问题，它可以通过控制变量值的版本来保证 CAS 的正确性。在变量前加上版本号，每次变量更新的时候把版本加 1，那么 A->B->A 就会变成 1A->2B->3A ，从前是比较期望的旧值和当前值，现在多比较一个版本号（ compareAndSet 方法），更新时两个一起更新。大部分情况下 ABA 问题不会影响程序并发的正确性，如果需要解决 ABA 问题，改用传统的互斥同步可能会比原子类更高效。
自旋 CAS 如果长时间不成功，会给 CPU 带来非常大的执行开销。
只能保证一个共享变量的原子操作，多了就可以用锁。

# Unsafe 类详解

Unsafe 是位于 sun.misc 包下的一个类，主要提供一些用于执行低级别、不安全操作的方法，如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等，这些方法在提升 Java 运行效率、增强 Java 语言底层资源操作能力方面起到了很大的作用。但由于 Unsafe 类使 Java 语言拥有了类似 C 语言指针一样操作内存空间的能力，这无疑也增加了程序发生相关指针问题的风险。在程序中过度、不正确使用 Unsafe 类会使得程序出错的概率变大，使得 Java 这种安全的语言变得不再 “安全”，因此对 Unsafe 的使用一定要慎重。

该类的构造方法是私有的，只有通过反射才能拿到其实例化对象

	public void test() {
	//Unsafe 构造方法私有，不能被实例化，通过反射获得对象
	Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
	f.setAccessible(true);
	Unsafe unsafe = (Unsafe) f.get(null);
	}

Unsafe 类提供的 API 大致可分为：内存操作，CAS，Class 相关，对象操作，线程调度，系统信息获取，内存屏障，数组操作。

通过查看源码，其实 Unsafe 只提供三种 CAS 方法

	//paramObject1:int 字段所在的对象，paramLong：该字段在该对象中的偏移量，paramObject2：期望的旧值，paramObject3：要更新的值
	public final native boolean compareAndSwapObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2, Object paramObject3);

	public final native boolean compareAndSwapInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt1, int paramInt2);

	public final native boolean compareAndSwapLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2, long paramLong3);

这几个都是 native 方法，由 C++ 代码实现，都位于 unsafe.cpp 文件中

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
  //之前的代码展示我们看到，CAS函数是放在while循环中的，也就是说，返回值是一个布尔值。
  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
  oop p = JNIHandles::resolve(obj);

  //该函数要更新的是一个jint,所以要先根据对象引用+偏移量得到其地址，也就是对应的指针
  jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);

  //很明显，Atomic::cmpxhg才是进行CAS操作（比较+替换）的那一步，x是即将更新的值，e是期望的旧值
  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END

当然，Unsafe 类还提供了许多硬件级别的操作

	// 获取给定的 paramField 的内存地址偏移量
	public native long staticFieldOffset(Field paramField);

	// 分配内存
	public native long allocateMemory(long paramLong);

	// 扩充内存
	public native long reallocateMemory(long paramLong1, long paramLong2);

	// 释放内存
	public native void freeMemory(long paramLong);

	// 获取数组第一个元素的偏移地址
	public native int arrayBaseOffset(Class paramClass);

在 AQS 讲解中，我们就提到过 AQS 的部分属性，就是 cas 时需要用到的偏移值。

关于 Unsafe 类的更多知识，可以参考美团技术团队的文章：Java 魔法类：Unsafe 应用解析

# 参考

https://pdai.tech/md/java/thread/java-thread-x-juc-AtomicInteger.html
https://tech.meituan.com/2019/02/14/talk-about-java-magic-class-unsafe.html

Concurrency

# CAS

# Unsafe 类详解

# 参考

JUC-线程池E(Fork/Join)

JUC-原子类B(atomic包)