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CAS 是现代操作系统，解决并发问题的一个重要手段，最近在看 eureka 的源码的时候。遇到了很多 CAS 的操作。今天就系统的回顾一下 Java 中的CAS。

阅读这篇文章你将会了解到：

• 什么是 CAS
• CAS 实现原理是什么？
• CAS 在现实中的应用
  • 自旋锁
  • 原子类型
  • 限流器
• CAS 的缺点

什么是 CAS

CAS: 全称Compare and swap，字面意思:”比较并交换“，一个 CAS 涉及到以下操作：

我们假设内存中的原数据V，旧的预期值A，需要修改的新值B。

1. 比较 A 与 V 是否相等。（比较）
2. 如果比较相等，将 B 写入 V。（交换）
3. 返回操作是否成功。

当多个线程同时对某个资源进行CAS操作，只能有一个线程操作成功，但是并不会阻塞其他线程,其他线程只会收到操作失败的信号。可见 CAS 其实是一个乐观锁。

CAS 是怎么实现的

跟随AtomInteger的代码我们一路往下，就能发现最终调用的是 sum.misc.Unsafe 这个类。看名称 Unsafe 就是一个不安全的类，这个类是利用了 Java 的类和包在可见性的的规则中的一个恰到好处处的漏洞。Unsafe 这个类为了速度，在Java的安全标准上做出了一定的妥协。

再往下寻找我们发现 Unsafe的compareAndSwapInt 是 Native 的方法：

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public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

也就是说，这几个 CAS 的方法应该是使用了本地的方法。所以这几个方法的具体实现需要我们自己去 jdk 的源码中搜索。

于是我下载一个 OpenJdk 的源码继续向下探索，我们发现在 /jdk9u/hotspot/src/share/vm/unsafe.cpp 中有这样的代码：

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{CC "compareAndSetInt",   CC "(" OBJ "J""I""I"")Z",  FN_PTR(Unsafe_CompareAndSetInt)},

这个涉及到，JNI 的调用，感兴趣的同学可以自行学习。我们搜索 Unsafe_CompareAndSetInt后发现:

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UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSetInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)) {
  oop p = JNIHandles::resolve(obj);
  jint* addr = (jint *)index_oop_from_field_offset_long(p, offset);

  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
} UNSAFE_END

最终我们终于看到了核心代码 Atomic::cmpxchg。

继续向底层探索，在文件java/jdk9u/hotspot/src/os_cpu/linux_x86/vm/atomic_linux_x86.hpp有这样的代码:

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inline jint     Atomic::cmpxchg    (jint     exchange_value, volatile jint*     dest, jint     compare_value, cmpxchg_memory_order order) {
  int mp = os::is_MP();
  __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;
}

我们通过文件名可以知道，针对不同的操作系统,JVM...