CAS乐观锁算法

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CAS无锁算法

要实现无锁（lock-free）的非阻塞算法有多种实现方法，其中 CAS（比较与交换，Compare and swap） 是一种有名的无锁算法。CAS, CPU指令，在大多数处理器架构，包括IA32、Space中采用的都是CAS指令，CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，CAS是项乐观锁 技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。CAS无锁算法的C实现如下：

int compare_and_swap (int* reg, int oldval, int newval) {  ATOMIC();  int old_reg_val = *reg;  if (old_reg_val == oldval)      *reg = newval;  END_ATOMIC();  return old_reg_val;}

CAS（乐观锁算法）的基本假设前提

CAS比较与交换的伪代码可以表示为：

do{  
       备份旧数据； 
       基于旧数据构造新数据； 
}while(!CAS( 内存地址，备份的旧数据，新数据 ))  

就是指当两者进行比较时，如果相等，则证明共享数据没有被修改，替换成新值，然后继续往下运行；如果不相等，说明共享数据已经被修改，放弃已经所做的操作，然后重新执行刚才的操作。容易看出 CAS 操作是基于共享数据不会被修改的假设，采用了类似于数据库的 commit-retry 的模式。当同步冲突出现的机会很少时，这种假设能带来较大的性能提升。

ABA Problem就是譬如一个共享变量A，需要update到一个新的值C，而记录这个变量的值是B，此时A=B；在记录和update的这段时间中，这个共享变量被其余的job或者是thread操作修改了很多次，但是在update之前，还是回到了最开始的值。这就叫做ABA Problem。在构造一个特定的程序的时候，就会出现问题。

ABA问题：
在进行CAS操作的时候，因为在更改V之前，CAS主要询问“V的值是否仍然为A”，所以在第一次读取V之后以及对V执行CAS操作之前，如果将值从A改为B，然后再改回A，会使基于CAS的算法混乱。在这种情况下，CAS操作会成功。这类问题称为ABA问题。
1、
对于CAS产生的这个ABA问题，通常的解决方案是采用CAS的一个变种DCAS。
DCAS，是对于每一个V增加一个引用的表示修改次数的标记符。对于每个V，如果引用修改了一次，这个计数器就加1。然后再这个变量需要update的时候，就同时检查变量的值和计数器的值。
2、
要解决ABA问题，就不要重用A。通常通过将标记或版本编号与要进行CAS操作的每个值相关联，并原子地更新值和标记，来处理这类问题。
在像Java或者.net这样的具有垃圾收集机制的环境中，这个问题很简单，只要不循环使用V即可。也就是说，一旦V第一次被使用，就不会再重复使用，如有需要则分配新的V。垃圾收集器可以检查V，保证其不被循环使用，直到当前的访问操作全部结束。（这个做法用垃圾收集器来控制对V的访问，相当于有个线程本地变量了）

有啥用处？

    对于常用多线程编程的人估计知道，对于一般人估计都不曾听说。在jdk5之前,我们知道，在多线程编程的时候，为了保证多个线程对一个对象同时进行访问时,我们需要加同步锁synchronized,保证对象的在使用时的正确性，但是加锁的机制会导致如下几个问题

    1.加多线程竞争下，加锁和释放锁会导致较多的上下文切换，引起性能问题。

    2.多线程可以导致死锁的问题。

    3.多线程持有的锁会导致其他需要此锁的线程挂起。

    4......

    有更好的办法么？

    锁的分类：独占锁（悲观锁），乐观锁

    独占锁：synchronized就是一种独占锁，它会导致所有需要此锁的线程挂起，等待锁的释放。

    乐观锁：每次不加锁去完成操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功。

    CAS的机制就相当于这种（非阻塞算法），CAS是由CPU硬件实现，所以执行相当快.CAS有三个操作参数：内存地址，期望值，要修改的新值，当期望值和内存当中的值进行比较不相等的时候，表示内存中的值已经被别线程改动过，这时候失败返回，当相等的时候，将内存中的值改为新的值，并返回成功。