java与cas、aqs

cas全称Compare and Swap，是程序实现多线程同步的主要方式之一。

简单介绍

下面这段代码中，我们想实现一个计数器，如果像这样实现，在多线程中就会有问题。

    index = index + 1;

其实这行代码可以拆成两部分：
1.首先是=右面的运算部分，我们得出了一个值。
2.第二步我们把这个值赋给了index，但这两部并不是一个原子操作，其它线程是可以插到这两步中间执行的，所以当我们赋值时这个index可能已经被别人修改过很多回了。

这种情况下怎么办呢？cpu层面给我们提供了一个功能，就是cas。
大体可以理解为下面这种形式，我们想修改index这个值，如果当前index=1，我们就把它改成2。如果不是就报错，修改失败。

   cas(index, 1, 2);

ABA问题

但是上面这种简单实现可能会面临一个问题。
其实我们拿到旧值1这一步和cas操作并不是一个原子的。所以在我们拿到1时，可能其它线程已经给他改了好几次，但最后又改成了1，这时我们拿着我们的1做cas操作，还是可以成功的。这就是常说的ABA问题。
有些时候我们是可以接受ABA问题的，但有些时候又不行。所以CPU对cas的支持已经由比较值，改成了比较版本号。

使用问题

cas有些类似乐观锁的机制，我们每次都乐观的认为可以修改成功，并做出尝试。但他就会存在乐观锁常见的问题。
还是以计数器场景举例。

    int current = index; // 我们先获取当前计数
    cas(index, current, current+1); // 我们尝试给index+1，但尝试失败了。这时一般都会重试，或者叫自旋
    current = index;      // 我们重新获取当前计数
    cas(index, current, current+1); // 很遗憾又失败了，因为竞争很激烈。
    ....

就这样在高并发的情况下，cas可能要重试很多次才能成功。所以在极高并发情况下慎用乐观锁。大家可能会疑惑直接使用cas(index, index, index+1)这样是不是就不会有获取数据这步了，其实还是一样的，cpu的每个核都有一块自己的高速缓存，所以肯定会出现数据读取赋值多份这种情况的。

java基于cas的应用

原子工具类

java.util.concurrent.atomic包下的类都是通过cas实现原子操作的。api比较简单，这里就不细说了。

aqs

就是java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer这个类，这个类是juc(java.util.concurrent)包下各种并发工具类的框架。它制定了一个并发工具类实现的规范。
aqs字面意思就是通过队列实现的同步器。
aqs有两个比较关键的点，状态和队列。
1.状态

状态是aqs给所有实现类的一个标记，由实现类负责修改并判断是否通过，通过则执行通过逻辑。失败则由aqs把当前线程放到aqs的队列中并阻塞。
2.队列
aqs的队列是由aqs管理的，竞争失败线程的一个队列。实现类无需关心队列中线程的调度，调度由aqs负责。aqs队列分两种，公平和非公平。

a.公平队列，每次不能直接竞争state字段，需要先加入队列，等待aqs调度，性能较差。
b.非公平队列，进入队列前尝试竞争一下state字段，失败加入队列，由于无竞争下无需进入队列，所以竞争不大时，性能较好。

实现类具体需要如何做呢？
1.实现tryAcquire方法。这个方法在竞争时由aqs负责调用，具体的内容一般就是通过cas方式尝试修改state，成功返回true。失败返回false，aqs会给加入队列。
2.实现tryRelease方法。这个方法在释放竞争资源时，由aqs负责调用，具体的内容一般就是通过cas修改state，标记资源已释放。