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CAS操作的作用是什么？

  • Post category:Java

CAS操作（Compare and Swap）用于实现线程间的同步和并发，它可以将多线程的操作变为原子操作。

CAS操作的作用是在多线程环境下保证数据的安全性，防止多个线程同时修改同一个变量而产生的竞争条件。简单来说，就是先比较当前内存中的值和期望值是否一致，如果一致则将该值更新为新的值，否则不进行操作。

下面分别给出两个用例进行说明：

第一个用例：

int i = 10;    // 假设i的初始值为10

bool isEqual = false;
while(!isEqual) {
    int oldValue = i;
    int newValue = oldValue + 1;    // 假设我们希望将i的值加1

    isEqual = compareAndSwap(&i, oldValue, newValue);    // 判断当前值和旧值是否一致

    // 如果一致，则将旧值更新为新值
    if(isEqual) {
        i = newValue;
    }
}

printf("最终i的值为：%d\n", i);

解释：在该用例中，我们希望将变量i的值加1，我们通过CAS操作来实现这个目的。首先在while循环中，我们获取变量i的值，并计算出期望修改后的新值。然后通过compareAndSwap函数来比较当前内存中的值和期望值是否一致，如果一致则将该值更新为新的值，否则不进行操作。最终，我们输出变量i的值。

第二个用例：

int i = 10;    // 假设i的初始值为10
atomic<int> atomicI(i);

int oldValue = atomicI.load();    // 获取当前内存中的值
int newValue = oldValue + 1;    // 假设我们希望将i的值加1

while(!atomicI.compare_exchange_weak(oldValue, newValue)) {
    // 如果当前值和旧值不一致，则重新获取当前值进行比较
    oldValue = atomicI.load();
    newValue = oldValue + 1;
}

printf("最终i的值为：%d\n", atomicI.load());

解释：在该用例中，我们同样希望将变量i的值加1，但是我们使用了C++ STL标准库中的atomic模板。首先通过atomic<int> atomicI(i);来创建原子变量，然后通过atomicI.load()来获取当前内存中的值，并计算出期望修改后的新值。接着，在while循环中，我们通过atomicI.compare_exchange_weak(oldValue, newValue)来比较当前内存中的值和期望值是否一致，如果一致则将该值更新为新的值，否则重新获取当前内存中的值进行比较。最终，我们输出变量i的值。

通过以上两个用例，我们可以看到CAS操作虽然比一般的加锁操作更加高效，但同时也需要我们更加谨慎。因为一旦CAS操作失败，我们需要重新取得当前值，再次进行比较，这会带来额外的开销。所以在使用CAS操作时，我们需要仔细考虑每一个细节，确保其正确性和高效性。

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