Java并發程式設計之CAS

CAS（Compare and swap）比較和替換是設計并發算法時用到的一種技術。簡單來說，比較和替換是使用一個期望值和一個變量的目前值進行比較，如果目前變量的值與我們期望的值相等，就使用一個新值替換目前變量的值。這聽起來可能有一點複雜但是實際上你了解之後發現很簡單，接下來，讓我們跟深入的了解一下這項技術。

<code>CAS的使用場景</code>

在程式和算法中一個經常出現的模式就是“check and act”模式。先檢查後操作模式發生在代碼中首先檢查一個變量的值，然後再基于這個值做一些操作。下面是一個簡單的示例：

上面這段代碼，如果用在多線程的程式會出現很多錯誤，不過現在請忘掉它。

如你所見，lock()方法首先檢查locked&gt;成員變量是否等于false，如果等于，就将locked設為true。

如果同個線程通路同一個MyLock執行個體，上面的lock()将不能保證正常工作。如果一個線程檢查locked的值，然後将其設定為false，與此同時，一個線程B也在檢查locked的值，又或者，線上程A将locked的值設為false之前。是以，線程A和線程B可能都看到locked的值為false，然後兩者都基于這個資訊做一些操作。

為了在一個多線程程式中良好的工作，”check then act” 操作必須是原子的。原子就是說”check“操作和”act“被當做一個原子代碼塊執行。不存在多個線程同時執行原子塊。

下面是一個代碼示例，把之前的lock()方法用synchronized關鍵字重構成一個原子塊。

現在lock()方法是同步的，是以，在某一時刻隻能有一個線程在同一個MyLock執行個體上執行它。

原子的lock方法實際上是一個”compare and swap“的例子。

CAS用作原子操作

現在CPU内部已經執行原子的CAS操作。Java5以來，你可以使用java.util.concurrent.atomic包中的一些原子類來使用CPU中的這些功能。

下面是一個使用AtomicBoolean類實作lock()方法的例子：

locked變量不再是boolean類型而是AtomicBoolean。這個類中有一個compareAndSet()方法，它使用一個期望值和AtomicBoolean執行個體的值比較，和兩者相等，則使用一個新值替換原來的值。在這個例子中，它比較locked的值和false，如果locked的值為false，則把修改為true。

如果值被替換了，compareAndSet()傳回true，否則，傳回false。

使用Java5+提供的CAS特性而不是使用自己實作的的好處是Java5+中内置的CAS特性可以讓你利用底層的你的程式所運作機器的CPU的CAS特性。這會使還有CAS的代碼運作更快。

本文轉自：

<a href="http://ifeve.com/compare-and-swap/">http://ifeve.com/compare-and-swap/</a>