CAS,全称Compare and Swap,是一种处理并发问题的常用解决方案,被广泛应用在多线程编程和处理器指令设计中,尤其是在构建无锁数据结构和并发库时,CAS是实现数据同步的关键,通过一种不需要使用昂贵锁机制就能实现高效并发控制的方式,用于保证数据操作的原子性。
一、什么是CAS
CAS是一种处理并发数据的算法,它基于一个理论:在多线程环境中,当多个线程尝试同时修改共享数据时,只允许一个线程成功,其他线程则必须重新尝试。在此过程中,CAS需要三个参数,一个内存值V,预期值A,新值B。当内存值V与预期值A相等时,将内存值修改为新值B并返回true,否则返回false。
CAS广泛应用于并发编程中,尤其是在构建无锁数据结构和并发库时,CAS是实现数据同步的关键。CAS提供了一种不需要使用昂贵锁机制就能实现高效并发控制的方式。
二、CAS的应用
1、原子操作
CAS用于实现原子操作,即在操作期间禁止其他线程干扰。在此期间,任何对该操作的并发访问都会被阻止,直到操作完成。
2、并发控制
在并发控制中,CAS可以用于防止数据竞争,确保数据的一致性和完整性。如果多个线程同时操作同一数据,那么只有一个线程可以成功,其他线程需要重新尝试。
三、CAS的问题
1、ABA问题
如果在变量V上执行CAS操作的过程中,变量V被其他线程不止一次改变,即使最终的值与CAS操作期望的值相等,也可能导致CAS操作失败。
2、自旋耗时
如果CAS操作一直不成功,那么会一直进行尝试,可能导致CPU的过度使用。
延伸阅读
CAS优化
(1)针对ABA问题,可以使用版本号机制或者使用间接引用等方法。
(2)针对自旋耗时问题,可以使用适当的回退机制或者限制尝试次数等策略。