CAS 你知道吗？CAS 底层原理？谈谈对 UnSafe 的理解？

原创

miaowYHu 2024-05-05 17:46:26 ©著作权

文章标签 java Java 原子操作共享变量 文章分类 JavaScript 前端开发

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什么是CAS？以及CAS的底层原理

CAS(Compare and Swap) 是JUC中的并发编程中常用的原子操作，它用于实现多线程环境下的无锁同步，CAS操作包含三个操作数 : 内存位置（或称为变量的地址）、期望值和新值。

CAS的执行过程如下：

读取内存位置的当前值，也就是我们的期望值。
比较期望值与内存位置的当前值是否相等。
如果相等，将新值写入内存位置；如果不相等，则说明其他线程已经修改了内存位置的值，CAS操作失败。
CAS操作返回当前内存位置的值。

CAS的操作是原子性的，能够保证在多线程环境下对共享变量的原子性操作，如果CAS操作失败，通常会进行重试，直到成功为止。

public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(666);
        // 获取真实值，并替换为相应的值
        boolean b = atomicInteger.compareAndSet(666, 2019);
        System.out.println(b); // true
        boolean b1 = atomicInteger.compareAndSet(666, 2020);
        System.out.println(b1); // false
        atomicInteger.getAndIncrement();
    }
}

Unsafe类

Unsafe 是 CAS 的核心类，由于 Java 方法无法直接访问底层系统，而需要通过本地（native）方法来访问， Unsafe 类相当一个后门，基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe 类存在于 sun.misc 包中，其内部方法操作可以像 C 指针一样直接操作内存，因为 Java 中 CAS 操作执行依赖于 Unsafe 类。

CAS 并发原体现在 JAVA 语言中就是 sun.misc.Unsafe 类中的各个方法。调用 UnSafe 类中的 CAS 方法，JVM 会帮我们实现出 CAS 汇编指令。这是一种完全依赖硬件的功能，通过它实现了原子操作。

由于 CAS 是一种系统源语，源语属于操作系统用语范畴，是由若干条指令组成，用于完成某一个功能的过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行的过程中不允许被中断，也就是说 CAS 是一条原子指令，不会造成所谓的数据不一致的问题。它允许Java程序直接访问和修改内存、执行CAS操作等底层操作，但是它的使用需要谨慎，因为它绕过了Java语言的一些安全检查和限制。

Unsafe类的使用需要具有高度的专业知识和经验，因为它可以导致一些潜在的安全问题和内存错误。因此，一般情况下，不建议直接使用Unsafe类，而是通过高级的并发工具和原子类来实现线程安全的操作。