Java并发编程中的CAS是什么_无锁并发原理说明

P粉602998670

发布时间：2026-01-06 16:09:09

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来源于php中文网

原创

CAS是CPU提供的原子指令，执行“读值—比对expected—相等则写入newValue”三步不可分割操作，无需阻塞即实现无锁并发；需循环重试、避免ABA问题，并非万能，适用单变量低冲突场景。

java并发编程中的cas是什么_无锁并发原理说明

什么是CAS：不是“锁”，而是一次带条件的原子写入

CAS（CompareAndSwap）不是一种锁，也不是一个类或接口，它是CPU提供的一条原子指令（比如x86上的cmpxchg），Java通过Unsafe.compareAndSwapInt等本地方法把它暴露出来。你在代码里调用AtomicInteger.compareAndSet(expected, newValue)，底层最终就是触发这条硬件指令。

它只做三件事：
① 读取内存中某个变量的当前值；
② 比较这个值是否等于你传入的expected（即你“以为它还是这个值”）；
③ 如果相等，就把新值newValue写进去，并返回true；否则不写，返回false。

关键点在于：整个过程不可分割，不会被其他线程打断。所以它不需要阻塞线程，也不需要操作系统介入调度——这就是“无锁”的本质。

为什么`expected`不匹配就说明被改过了？

这不是靠魔法判断，而是靠你自己的使用逻辑保证的。你传的expected，必须是你上一次读到的值（比如先调get()，再拿这个结果当expected去compareAndSet）。如果中间有别的线程抢先修改了该变量，那么当前内存值就和你的expected对不上了。

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常见错误现象：
• 直接硬编码compareAndSet(0, 1)，却没确认变量此时真是0
• 在两次调用之间插入了非原子操作（比如日志、网络请求），导致“读-判-写”窗口过大
• 忽略返回值，以为compareAndSet一定成功

正确做法：
• 把compareAndSet包在循环里，失败就重试（即“自旋”）
• 或者用更高层封装，比如incrementAndGet()，它内部已经帮你处理了重试逻辑

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`AtomicInteger`怎么用才不踩坑？

AtomicInteger是CAS最典型的载体，但它不是万能计数器。它的适用场景很明确：单变量、简单变更（+1、set、getAndIncrement）、高并发低冲突。

容易被忽略的限制：
• 不支持复合操作，比如“如果大于10才加1”，不能靠一次CAS完成，得自己加循环+条件判断
• volatile语义只保可见性，不保原子性；但AtomicInteger所有更新方法都基于CAS，所以是线程安全的
• 如果自旋太频繁（比如几十万次），会白白消耗CPU，这时候不如用LongAdder（它用分段+Cell数组降低竞争）

public class Counter {
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    public void safeIncrement() {
        // 正确：失败自动重试，直到成功
        while (true) {
            int current = count.get();
            int next = current + 1;
            if (count.compareAndSet(current, next)) {
                break;
            }
            // 可选：加个短暂yield()缓解CPU，但通常不需要
        }
    }

    // 更推荐：直接用封装好的方法
    public void preferredIncrement() {
        count.incrementAndGet(); // 内部已做自旋，简洁且高效
    }
}