前言java并发编程系列番外篇c a s（compare and swap），文章风格依然是图文并茂，通俗易懂，让读者们也能与面试官疯狂对线。
c a s作为并发编程必不可少的基础知识，面试时c a s也是个高频考点，所以说c a s是必知必会，本文将带读者们深入理解c a s。
大纲c a s基本概念c a s（compareandswap）也叫比较交换，是一种无锁原子算法，映射到操作系统就是一条cmpxchg硬件汇编指令（保证原子性），其作用是让c p u将内存值更新为新值，但是有个条件，内存值必须与期望值相同，并且c a s操作无需用户态与内核态切换，直接在用户态对内存进行读写操作（意味着不会阻塞/线程上下文切换）。
它包含3个参数c a s（v，e，n），v表示待更新的内存值，e表示预期值，n表示新值，当 v值等于e值时，才会将v值更新成n值，如果v值和e值不等，不做更新，这就是一次c a s的操作。
简单说，c a s需要你额外给出一个期望值，也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的，如果变量不是你想象的那样，说明它已经被别人修改过了，你只需要重新读取，设置新期望值，再次尝试修改就好了。
c a s如何保证原子性原子性是指一个或者多个操作在c p u执行的过程中不被中断的特性，要么执行，要不执行，不能执行到一半（不可被中断的一个或一系列操作）。
为了保证c a s的原子性，c p u提供了下面两种方式
总线锁定缓存锁定 总线锁定 总线（b u s）是计算机组件间的传输数据方式，也就是说c p u与其他组件连接传输数据，就是靠总线完成的，比如c p u对内存的读写。
总线锁定是指c p u使用了总线锁，所谓总线锁就是使用c p u提供的lock#信号，当c p u在总线上输出lock#信号时，其他c p u的总线请求将被阻塞。
缓存锁定 总线锁定方式虽然保证了原子性，但是在锁定期间，会导致大量阻塞，增加系统的性能开销，所以现代c p u为了提升性能，通过锁定范围缩小的思想设计出了缓存行锁定（缓存行是c p u高速缓存存储的最小单位）。
所谓缓存锁定是指c p u对缓存行进行锁定，当缓存行中的共享变量回写到内存时，其他c p u会通过总线嗅探机制感知该共享变量是否发生变化，如果发生变化，让自己对应的共享变量缓存行失效，重新从内存读取最新的数据，缓存锁定是基于缓存一致性机制来实现的，因为缓存一致性机制会阻止两个以上c p u同时修改同一个共享变量（现代c p u基本都支持和使用缓存锁定机制）。
c a s的问题c a s和锁都解决了原子性问题，和锁相比没有阻塞、线程上下文你切换、死锁，所以c a s要比锁拥有更优越的性能，但是c a s同样存在缺点。
c a s的问题如下
只能保证一个共享变量的原子操作自旋时间太长（建立在自旋锁的基础上）aba问题 只能保证一个共享变量原子操作 c a s只能针对一个共享变量使用，如果多个共享变量就只能使用锁了，当然如果你有办法把多个变量整成一个变量，利用c a s也不错，例如读写锁中state的高低位。
自旋时间太长 当一个线程获取锁时失败，不进行阻塞挂起，而是间隔一段时间再次尝试获取，直到成功为止，这种循环获取的机制被称为自旋锁(spinlock)。
自旋锁好处是，持有锁的线程在短时间内释放锁，那些等待竞争锁的线程就不需进入阻塞状态（无需线程上下文切换/无需用户态与内核态切换），它们只需要等一等（自旋），等到持有锁的线程释放锁之后即可获取，这样就避免了用户态和内核态的切换消耗。
自旋锁坏处显而易见，线程在长时间内持有锁，等待竞争锁的线程一直自旋，即cpu一直空转，资源浪费在毫无意义的地方，所以一般会限制自旋次数。
最后来说自旋锁的实现，实现自旋锁可以基于c a s实现，先定义lockvalue对象默认值1，1代表锁资源空闲，0代表锁资源被占用，代码如下
public class spinlock {        //lockvalue 默认值1    private atomicinteger lockvalue = new atomicinteger(1);        //自旋获取锁    public void lock(){        // 循环检测尝试获取锁        while (!trylock()){            // 空转        }    }        //获取锁    public boolean trylock(){        // 期望值1，更新值0，更新成功返回true，更新失败返回false        return lockvalue.compareandset(1,0);    }        //释放锁    public void unlock(){        if(!lockvalue.compareandset(1,0)){            throw new runtimeexception(释放锁失败);        }    }}
上面定义了atomicinteger类型的lockvalue变量，atomicinteger是java基于c a s实现的integer原子操作类，还定义了3个函数lock、trylock、unlock
trylock函数-获取锁
期望值1，更新值0c a s更新如果期望值与lockvalue值相等，则lockvalue值更新为0，返回true，否则执行下面逻辑如果期望值与lockvalue值不相等，不做任何更新，返回falseunlock函数-释放锁
期望值0，更新值1c a s更新如果期望值与lockvalue值相等，则lockvalue值更新为1，返回true，否则执行下面逻辑如果期望值与lockvalue值不相等，不做任何更新，返回falselock函数-自旋获取锁
执行trylock函数，返回true停止，否则一直循环从上图可以看出，只有trylock成功的线程（把lockvalue更新为0），才会执行代码块，其他线程个trylock自旋等待lockvalue被更新成1，trylock成功的线程执行unlock（把lockvalue更新为1），自旋的线程才会trylock成功。
aba问题 c a s需要检查待更新的内存值有没有被修改，如果没有则更新，但是存在这样一种情况，如果一个值原来是a，变成了b，然后又变成了a，在c a s检查的时候会发现没有被修改。
假设有两个线程，线程1读取到内存值a，线程1时间片用完，切换到线程2，线程2也读取到了内存值a，并把它修改为b值，然后再把b值还原到a值，简单说，修改次序是a->b->a，接着线程1恢复运行，它发现内存值还是a，然后执行c a s操作，这就是著名的aba问题，但是好像又看不出什么问题。
只是简单的数据结构，确实不会有什么问题，如果是复杂的数据结构可能就会有问题了（使用atomicreference可以把c a s使用在对象上），以链表数据结构为例，两个线程通过c a s去删除头节点，假设现在链表有a->b节点
线程1删除a节点，b节点成为头节点，正要执行c a s(a,a,b)时，时间片用完，切换到线程2线程2删除a、b节点线程2加入c、a节点，链表节点变成a->c线程1重新获取时间片，执行c a s(a,a,b)丢失c节点要解决a b a问题也非常简单，只要追加版本号即可，每次改变时加1，即a —> b —> a，变成1a —> 2b —> 3a，在java中提供了atomicstampedrdference可以实现这个方案（面试只要问了c a s，就一定会问aba，这块一定要搞明白）。
以上就是小白也能与bat面试官对线：cas的详细内容。