CAS(compare-and-swap)简介

通常提到并发编程，在数据的一致性上面，都会考虑用加锁方式在解决。在这里，对锁的解决方案就不多提了，其优势在于编程简单，java里面解决方案很多，synchronized关键字或者Lock都能提供原子化操作语意，c/c++也能简单的使用mutex来方便解决。但其劣势也非常明显，加锁其实并不耗时间，但是其容易造成资源等待，等待是非常耗时的，不合理的设计还容易造成死锁。在查看java.util.concurrent里面的并发容器源代码的时候，发现其实现均是lock-free的，遂深入了解一下lock-free的原子操作。

CAS(compare-and-swap)的原理是比较地址上的值是否是期望的值，如果是，则更新该地址上的值为一个新的值。用c语言描述就是下面模型

bool compare_and_swap(T *ptr, T old_value, T new_value)

{

if(ptr && *ptr == old_value)

{

*ptr = new_value;

return true;

}

return false;

}

注意，这只是描述CAS操作，他并不是用C语言实现的一个function，而是在底层操作系统提供的原子化操作，换种说法，你可以将其看成是一条机器命令的封装。

下面，就来说一下CAS操作在java,c/c++的支持。

  在GCC4.1版本之后，包含在stdlib.h中，可以使用bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, ...)和type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, ...)两个函数。

在C++11之后，可以使用stl中atomic类，1）template< class T > bool atomic_compare_exchange_weak( std::atomic<T>* obj,T* expected, T desired ); 
2）template< class T > bool atomic_compare_exchange_weak( volatile std::atomic<T>* obj,T* expected, T desired );两个函数

比较经典的实例，比如多线程对一个值进行加操作，则可以类似下面的写法：

void atomic_add(int *ptr, int to_add)

{

do

{

int old_value = *ptr;

int new_value = old_value + to_add;

}while(!__sync_bool_compare_and_swap(ptr, old_value, new_value))

}

在java中sun.misc.Unsafe类中，有unsafe.compareAndSwapInt等方法