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CAS原理解析

news 2025/7/10 17:53:40

CAS是一种乐观锁机制，一种比较并交换的过程和理念，用来解决线程安全问题，具体来讲就是对共享变量值的安全更新机制。能够保证原子、可见、一致性。这种交换过程是在Unsafe类中实现。

从一段简单的代码开始来对源码做分析

    public static void main(String[] args) {AtomicInteger ai = new AtomicInteger(0);ai.getAndAdd(1);System.out.println(ai.get());//打印对象ai的内存结构，需要引入jol-core工具包ClassLayout classLayout = ClassLayout.parseInstance(ai);System.out.println(classLayout.toPrintable());}

从 new AtomicInteger(0) 进入先看构造方法和静态代码块，再看ai.getAndAdd(1)做了什么。

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {...private static final long valueOffset;static {try {//获取初始值value的内存偏移量，这个偏移量指的是变量相对于对象地址的偏移，通过此偏移可以获取变量在内存中的值，后面还会介绍valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }}//初始化的时候给value赋值public AtomicInteger(int initialValue) {value = initialValue;}//比较并交换的具体实现，需要进入到Unsafe类中public final int getAndAdd(int delta) {//this-当前atomicInter对象；valueoffest-内存偏移量；delta需要增加的值return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);}
}

进入到Unsafe.getAndAddInt方法中

 public final class Unsafe {...public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {int var5;do {//通过AtomicInteger对象和其变量value的偏移量获取内存中的value值，这里var5对其他线程                            是可见的, 如果不可见，那么这个值的获取就可能非内存真实值。如果var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);//compareAndSwapInt的过程是原子性的，将重新获取到的内存value值与var5比较，true则说明value的内存值并未被修改，可以将原值var5 + 增值var4。} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));return var5;}
}

通过断点看具体的值

再来看偏移量是什么，下面是AtomicInteger类型对象ai的内存结构

java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger object internals:OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)8     4        (object header)                           bd 3d 00 f8 (10111101 00111101 00000000 11111000) (-134201923)12     4    int AtomicInteger.value                       1
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

请看标红的位置，由于对象的分配是在一个地址段内，对象中变量就是基于对象初始地址作了偏移，这里是对象中value变量相对对象初始地址的位置，其值最终为1。