CAS（Compare and Swap）是一種輕量級的同步操作，也是樂觀鎖的一種實現，它用於實現多執行緒環境下的併發演算法。CAS 操作包含三個運算元：記憶體位置（或者說是一個變數的引用）、預期的值和新值。如果記憶體位置的值和預期值相等，那麼處理器會自動將該位置的值更新為新值，否則不進行任何操作。
在多執行緒環境中，CAS 可以實現非阻塞演算法，避免了使用鎖所帶來的上下文切換、排程延遲、死鎖等問題，因此被廣泛應用於併發程式設計中。
# CAS 示例
在 Java 中，CAS 操作被封裝在 Atomic 類中，例如 AtomicInteger 類就是利用了 CAS 操作來實現執行緒安全的自增操作。同時，Java 還提供了一些工具類來支援 CAS 操作，例如 Unsafe 類，它提供了一些原始的 CAS 操作方法，供 JVM 內部使用，比如以下是基於 Unsafe 類的 CAS 示例：
import sun.misc.Unsafe;import java.lang.reflect.Field;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class CASDemo {
private volatile int value = 0;
private static Unsafe unsafe;
private static long valueOffset;
static {
try {
// 透過反射獲取rt.jar包中的Unsafe類，預設Unsafe類是不能使用的
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
unsafe = (Unsafe) field.get(null);
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(CASDemo.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void addOne() {
int current;
do {
current = unsafe.getIntVolatile(this, valueOffset);
} while (!unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, current, current + 1));
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final CASDemo casDemo = new CASDemo();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
casDemo.addOne();
}
}).start();
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println(casDemo.value);
}
}
以上程式的執行結果為：
10000
程式開啟了 10 個執行緒，每個執行緒呼叫 1000 次，最終執行的結果是 10000，說明以上程式是執行緒安全的。
# CAS 執行流程
CAS 執行的具體流程如下：
將需要修改的值從主記憶體中讀入本地執行緒快取（工作記憶體）；
執行 CAS 操作，將本地執行緒快取中的值與主記憶體中的值進行比較；
如果本地執行緒快取中的值與主記憶體中的值相等，則將需要修改的值在本地執行緒快取中修改；
如果修改成功，將修改後的值寫入主記憶體，並返回修改結果；如果失敗，則返回當前主記憶體中的值；
在多執行緒併發執行的情況下，如果多個執行緒同時執行 CAS 操作，只有一個執行緒的 CAS 操作會成功，其他執行緒的 CAS 操作都會失敗，這也是 CAS 的原子性保證。
