CAS 居然可以代替 synchorinzed，2018android面试题

return next;
}
}
}

现在有线程 A、B，当线程 A 执行到 CAS 操作, 获取当前值、期望值和更新值分别为 0、0、1, 此时线程 A 被挂起，线程 B 进入执行 CAS 操作将变量值成功更新为 1, 线程 A 继续执行 CAS 操作, 由于此时变量当前值已经被修改，所以本次 CAS 执行失败，循环继续执行 CAS 自增操作，执行成功退出循环。

CAS VS synchorinzed

通过上面的示例知道 CAS 可以保证变量更新的原子性，进而可以联想到 volatile 关键字的功能缺陷。

先来看 volatile 关键字的作用，如下：

• 有序性：防止重排序；
• 可见性：变量更新时所有线程都可以访问到变量的最新值；
• 原子性：只能保证单次读、写操作的原子性。

volatile 关键字的缺陷正是其无法保证变量操作的原子性，比如单目运算符 ++、-- 就涉及到读写两个操作。所以经常可以看到 volatile 和 synchorinzed 关键字共用的场景以保证变量操作的原子性，而 CAS 也可以保证变量操作的原子性。那 CAS 是否可以替代 synchorinzed 呢？在某些情况下是可以的。

比如在上面的示例中，AtomicInteger().getAndIncrement() 的内部源码如下：

/**

• Atomically increments by one the current value.
• @return the previous value
  */
  public final int getAndIncrement() {
  return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
  }

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

return var5;
}

可以看到这里就是通过 volatile + CAS 的操作来保证变量操作安全性的。

那下面对 CAS 和 synchorinzed 的使用做下对比，主要从如下两方面：

功能限制：

• CAS 更加轻量级，synchorinzed 升级为重量锁时会影响系统性能；
• CAS 仅能保证单个变量操作的原子性，synchorinzed 可以保证代码块内所有变量操作的原子性。

并发规模：

• 低并发：CAS 更具优势，synchorinzed 在少量情况下仍可能升级为重量锁影响系统性能。
• 高并发：synchorinzed 更具优势，由于 CAS 的很多实现都会使用了自旋操作（如下文将介绍的 Atomic*** 系列），当在大量线程的情况下 CAS 会频繁执行失败进而需要频繁重试，这样会浪费 CPU 资源。

结论： 在少量线程且仅需保证单个变量线程安全的情况下可使用 volatile + CAS 替代 volatile + synchorinzed。

注意：volatile + CAS 和 volatile + synchorinzed 使用时要理解它们各自的角色和起到的作用：

• volatile：保证有序性和可见性；
• CAS、synchorinzed：保证操作原子性。

注意：多线程环境下正确使用 CAS 必须搭配 volatile 关键字。因为 CAS 虽然可以保证原子性，但其无法保证变量在不同线程内存空间的安全性，所以需要 volatile 来保证变量更新对于不同线程是可见的。

ABA 问题

除了上文提到过 CAS 的两个缺点：

• 仅能保证单个变量操作的原子性；
• 在高并发情况下 CAS 一直失败会一直重试，浪费 CPU 资源针。对这个问题的一个思路是引入退出机制，如重试次数超过一定阈值后失败退出。当然，更重要的是避免在高并发环境下使用 CAS。

还有一个问题就是 ABA 问题，现有线程 A、B：

1. 线程 1 读取内存中的数据为 A；
2. 线程 2 修改内存数据为 B；
3. 线程 2 修改内存数据为 A；
4. 线程 1 对数据执行 CAS 操作。

由于执行到第四步时内存数据仍然为 A，但其实数据已经被修改过了。这就是 ABA 问题。针对 ABA 问题可以通过引入版本号的方式解决，每次修改内存中的值版本号都 +1，在执行 CAS 操作是不仅比较内存中的值也比较版本号，只有两者都相同时才执行成功。Java 中提供的 java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference 也是通过版本号来解决 ABA 问题的。

在 Android 中的使用

在 Android 中我们也可以通过 Atomic*** 类来使用 volatile + CAS。

• AtomicFile
• AtomicInteger
• AtomicLong
• AtomicBoolean
• AtomicReferenceFieldUpdater
• AtomicStampedReference

前几个比较好理解，分别可以保证 file、int、long、boolean 类型数据的原子操作，那么如果操作数据为 String 或类型不可知怎么办呢？这时候就可以使用 AtomicReferenceFieldUpdater() 了。在 Kotlin.lazy 的实现中就使用到了 AtomicReferenceFieldUpdater：

private class SafePublicationLazyImpl<out T>(initializer: () -> T) : Lazy<T>, Serializable {
@Volatile private var initializer: (() -> T)? = initializer
@Volatile private var _value: Any? = UNINITIALIZED_VALUE
// this final field is required to enable safe initialization of the constructed instance
private val final: Any = UNINITIALIZED_VALUE

override val value: T
get() {
val value = _value
if (value !== UNINITIAL

IZED_VALUE) {@Suppress("UNCHECKED_CAST")
br/>@Suppress("UNCHECKED_CAST")
}

val initializerValue = initializer

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