CAS 操作在 JDK 中是通过哪个类来实现的？
参考回答
在 JDK 中，CAS（Compare-And-Swap，比较并交换）操作是通过 Unsafe 类 来实现的。Unsafe 是一个 Java 内部类，提供了直接操作内存和执行底层操作的能力，它是 Java 中实现 CAS 操作的核心。
详细讲解与拓展
1. 什么是 CAS？
CAS 是一种无锁的原子操作机制，常用于实现并发编程中的原子性。它的核心逻辑是：
- 比较内存中的值与预期值。
- 如果相同，就更新为新值。
- 如果不同，则说明其他线程已经修改过该值，CAS 操作失败。
2. CAS 在 JDK 中的实现：Unsafe 类
Unsafe 类简介
Unsafe 是 sun.misc 包下的一个类，提供了一些用于内存操作和底层系统交互的方法。CAS 操作是通过 Unsafe 提供的以下方法实现的：
compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expected, int newValue)：比较并交换整数值。compareAndSwapLong(Object obj, long offset, long expected, long newValue)：比较并交换长整型值。compareAndSwapObject(Object obj, long offset, Object expected, Object newValue)：比较并交换对象引用。
源码示例：Unsafe 类的部分方法
以下是 compareAndSwapInt 的定义：
public final native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expected, int x);
obj：要操作的对象。offset：字段在对象中的内存偏移量。expected：期望值。x：要更新的新值。
3. CAS 操作在 JDK 中的应用
1. AtomicInteger 的实现
CAS 操作是 java.util.concurrent.atomic 包下类的核心，例如 AtomicInteger、AtomicLong 等。
AtomicInteger 源码片段：
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) {
throw new Error(ex);
}
}
private volatile int value;
public final int getAndIncrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
解释：
value是一个volatile变量，用于保证可见性。- 使用
Unsafe.compareAndSwapInt实现了原子更新。 valueOffset表示value在内存中的偏移量，Unsafe通过偏移量直接操作内存。
2. ReentrantLock 的实现
CAS 操作也被用于实现 ReentrantLock 的公平锁和非公平锁的锁竞争逻辑。
源码片段：
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
4. CAS 的优点与缺点
优点
- 无锁机制：避免了传统锁机制的阻塞问题，提高了并发性能。
- 高效：适合高并发场景，特别是对原子操作的需求。
缺点
- ABA 问题
： 如果某个值在中间被其他线程改为另一个值再改回来，CAS 无法检测到。
- 解决方案：引入版本号（如
AtomicStampedReference）。
-
自旋开销： CAS 操作可能需要反复重试，消耗 CPU 资源。
-
只能保证一个变量的原子性： 对于多个变量的原子操作，需要配合其他机制。
5. 小结
- CAS 操作在 JDK 中通过
Unsafe类实现，并用于java.util.concurrent.atomic和ReentrantLock等核心并发工具中。 Unsafe提供了底层的compareAndSwapXXX方法，直接操作内存，实现高效的原子性操作。- 虽然 CAS 提高了并发性能，但也有局限性（如 ABA 问题），需要根据具体场景选择合适的并发控制方案。