Java併發之原子變量及CAS算法-下篇
概述
本文主要講在Java併發編程的時候，如果保證變量的原子性，在JDK提供的類中是怎麼保證變量原子性的呢？。對應Java中的包是：java.util.concurrent.atomic包下。因為涉及到了CAS算法，需要對CAS算法講解及CAS算法三個問題怎麼解決以及和Synchroized比較。文章比較長，所以就分為上下兩個篇幅講解。本文是上篇《Java併發之原子變量及CAS算法-下篇》
本文是《凱哥分享Java併發編程之J.U.C包講解》系列教程中的第四篇。如果想系統學習，凱哥(kaigejava)建議從第一篇開始看。
在上一篇中，我們講解了i++在多線程下變量原子性問題以及怎麼解決。在本篇中，我們詳細講解什麼是CAS算法？CAS和Synchroized區別是什麼？以及CAS算法產生的問題及怎麼解決。
CAS簡介
什麼是CAS算法？
CAS:Compare-And-Swap即比較並交換的意思。
CAS包含了三個操作的數據：
主內存中的變量值:V
預估值(可以理解為原來舊的值):A
更新值(操作後，要更新的值)：B
CAS的特點：
當且僅當預估值A=內存值V的時候，才會將V的值更新為B。否則也不操作。
V==A;V=B;
使用CAS算法多線程操作的時候，有且僅有一個線程可以操作成功，其他線程都會操作失敗。失敗的線程並不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，並可以再次嘗試。
失敗的線程採用自旋來進行嘗試的。
我們以AtomicInteger對象中的getAndIncrement()方法為例來看看：
模擬後的源碼：
CAS VS Synchroized比較
那麼CAS的算法的效率為什麼會比Synchronized的效率高呢？
Synchroized是阻塞算法的;而CAS是非阻塞的，採用的是樂觀鎖技術。
因為阻塞算法是CPU切換的，而CAS是CPU指令操作。CPU切換時間相對於CPU指令操作來說時間更長。所以使用CAS算法的線程比使用Synchroized的效率高。
CAS的優缺點
優點：一種線程同步的解決方案，使用CAS就可以不用加鎖來實現線程的安全性。
缺點：
1：只能保證一個共享變量的原子操作；
2：循環時間長，開銷很大；
3：會產生ABA問題。
缺點解決方案：
缺點一：
當對一個共享變量操作的時候，可以使用帶有自旋(循環)的CAS方法來保證原子性操作，但是如果是多個變量共享的時候，可以封裝到對象中或者是使用鎖來保證原子性。
缺點二：
如果採用自旋的CAS方式來保證原子性，會一直進行嘗試。如果時間太長的話，對CPU來說也會帶來很大開銷的。
缺點三：ABA問題
何為ABA問題？
如線程A修改共享變量值為A；線程B修改值為B。後來共享變量有被修改成了A，這種情況下CAS算法操作就會誤認為共享變量A沒有別修改過。這就是CAS算法的“漏洞”。
舉個很簡單的例子：
解決ABA問題
看到這裡大家或許心裡會想，我Kao,這不就是一個坑嗎？JDK埋下的坑!既然有這個坑，那還敢用嗎？？淡定，保持淡定點。你能想到的問題，JDK開發者也能想到。所以補救辦法就是：
注意：是AtomicStampedReference。雖然和AtomicReference這個類有點像。但是不一樣。
查看源碼註釋：
簡單理解，就是這個類添加了一個版本號。，每次操作都對版本號進行自增，那每次CAS不僅要比較value，還要比較stamp，當且僅當兩者都相等，才能夠進行更新。
具體怎麼操作的呢？
在初始化的時候，就定義了pair對象。
在compareAndSet的時候，會對版本號進行比較。如下圖：
講明白了CAS原理之後，我們來修改i++的問題。使其成為保證原子性：
很簡單隻需要修改兩行代碼即可：
1：聲明變量的時候使用AtomicInteger對象：
private AtomicInteger shardData = new AtomicInteger(0);
new AtomicInteger(0)其中的0可以不用寫
2：修改i++的方法：
return shardData.getAndIncrement();
這樣就可以了。
總結
Java中保證變量原子性使用的是current.atomic包下的對象來實現的。
如何保證原子性呢？
1：變量都是用volatile關鍵字修飾後，保證了內存的可見性；
2：使用CAS算法，保證了原子性。
Synchroized VS volatile VS CAS
在上一篇文章中我們知道了Volatile只能保證變量共享變量在內存中的可見性；不互斥；不能保證原子性；
在本篇中，我們知道了CAS是非阻塞的使用樂觀鎖技術來實現原子性。但是會產生其他問題，不過也可以解決。
Synchroized是阻塞性算法的實現。具有互斥性
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