一文理解CAS和自旋的區(qū)別
我們在面試的時候，有時候在學習的時候，經(jīng)常性的會遇到一些關于鎖的問題，尤其是面試官會提出提問，你對鎖了解的多么？你知道鎖的原理么？等等問題，于是也就會有后續(xù)延伸出來的，你知道 CAS 么？你知道什么是自旋么？
自旋
顧名思義，自旋可以理解為“自我旋轉”，放到程序中就是"自我循環(huán)"，比如while循環(huán)或者for循環(huán)。結合著鎖來理解的話就是，先獲取一次鎖，如果獲取不到鎖，會不停的循環(huán)獲取，直到獲取到。不像普通的鎖那樣，如果獲取不到鎖就進入阻塞狀態(tài)。
CAS
CAS 是什么，它的英文全稱是 Compare-And-Swap，中文叫做“比較并交換”，它是一種思想、一種算法。
CAS算法有3個基本操作數(shù)：
- 內存地址V
- 舊的預期值A
- 要修改的新值B
在并發(fā)場景下，各個代碼的執(zhí)行順序不能確定，為了保證并發(fā)安全，我們可以使用普通的互斥鎖，比如Java的 synchronized, ReentrantLock等。而CAS的特點是避免使用互斥鎖，當多個線程并發(fā)使用CAS更新同一個變量時，只有一個可以操作成功，其他都會失敗。而且用CAS更新失敗的線程并不會阻塞，會快速失敗并返回一個失敗的狀態(tài)，允許你再次嘗試。
而Compare-And-Swap（CAS）是一種原子操作，用于實現(xiàn)多線程環(huán)境下的同步和并發(fā)控制。其基本原理如下：
- 讀取內存值：首先，CAS會讀取內存中的一個變量的當前值。
- 比較內存值和預期值：接下來，CAS會將讀取的值與預期值進行比較。如果兩者相等，則說明內存中的值沒有被其他線程修改。
- 如果相等，則將新值寫入內存：在比較階段，如果發(fā)現(xiàn)內存值與預期值相等，CAS會嘗試將新值寫入內存中。這個寫入操作是原子的，即在這個過程中不會被其他線程中斷。
- 如果寫入成功，則操作完成；否則重復上述步驟：如果寫入操作成功，CAS完成。如果寫入操作失敗，說明在比較和寫入的過程中，內存值已經(jīng)被其他線程修改，此時需要重新執(zhí)行整個CAS操作。
CAS的基本原理就是利用比較和寫入的原子性操作來實現(xiàn)對共享變量的原子操作，從而避免了傳統(tǒng)鎖機制中的死鎖和線程阻塞問題。
自旋鎖和CAS的關系是什么呢？
其實他們是兩個不同的概念 自旋是一種鎖優(yōu)化的機制，在鎖優(yōu)化中『自旋鎖』指線程空轉重試獲取鎖，避免線程上下文切換帶來的開銷。
CAS是一種樂觀鎖機制，cas是通過比較并交換，失敗的時候可以直接返回false不用自旋的獲取。只是一般應用場景下，cas都會帶有重試機制(while或者for實現(xiàn)空轉，不斷嘗試獲取)。
如果硬有關系，那么可以這樣理解
自旋鎖 = 循環(huán)+CAS
我們都知道了這個自旋鎖和 CAS 的關系了，那么CAS 都有哪些缺點呢？
Compare-And-Swap (CAS) 的缺點包括：
- 自旋等待：CAS 在執(zhí)行時會進行自旋等待，如果失敗則需要重試，這會消耗處理器資源。
- ABA 問題：CAS 只能檢測到共享變量的值是否發(fā)生了變化，但無法檢測到變量的值是否經(jīng)歷了類似 A->B->A 的變化，這可能導致一些意外的問題。
- 無法保證公平性：CAS 操作是非阻塞的，因此無法保證等待線程的公平性，可能導致某些線程長時間無法獲得執(zhí)行機會。
- 無法解決死鎖：CAS 無法解決死鎖問題，如果多個線程同時執(zhí)行 CAS 操作，可能導致死鎖的發(fā)生。
- 限制性：CAS 操作通常只能應用于單個變量，對于復雜的數(shù)據(jù)結構，需要額外的處理來實現(xiàn)原子操作。
總的來說，CAS 雖然具有高效的特點，但也存在著一些局限性和缺點。
既然我們說了這個 CAS 那么面試官不可避免的就會問到，既然你了解了 CAS ，那么你是不是也對 ABA 問題有了解呢？
什么是 ABA 問題
我們先來看什么是 ABA 的問題。
ABA問題是在分布式系統(tǒng)中常見的一種數(shù)據(jù)一致性問題。它的名稱來源于三個操作：A（原始值）、B（第一個讀取）、A（第二個讀取）。ABA問題發(fā)生在一個線程T1讀取了一個共享變量的值A，然后另一個線程T2修改了這個共享變量的值為B，然后又改回A，最后線程T1再次讀取這個共享變量的值，發(fā)現(xiàn)仍然是A。在這種情況下，線程T1可能會錯誤地認為共享變量的值沒有改變，從而導致數(shù)據(jù)不一致。
解決ABA問題的常見方案是使用版本號或者標記來跟蹤數(shù)據(jù)的變化。通過在每次數(shù)據(jù)變化時增加版本號或者標記，可以避免ABA問題的發(fā)生。另外，使用CAS（Compare and Swap）操作也可以解決ABA問題，CAS操作會在更新變量時檢查變量的值是否仍然是預期值，從而避免了ABA問題的發(fā)生。
簡單的說就是
比如線程1從內存位置V中取出A，此時線程2也取出A。且線程2做了一次cas將值改為了B，然后又做了一次cas將值改回了A。此時線程1做cas發(fā)現(xiàn)內存中還是A，則線程1操作成功。這個時候實際上A值已經(jīng)被其他線程改變過，這與設計思想是不符合的。
那么這個問題出現(xiàn)在哪里呢？
- 如果只在乎結果，ABA不介意B的存在， 沒什么問題
- 如果B的存在會造成影響，需要通過 AtomicStampReference，加時間戳解 決。
那關于自旋和 CAS 你了解了么？
