大厂面试真题-CAS的弊端和规避措施

CAS 操作的弊端和规避措施

1. CAS 操作的弊端

CAS 操作的弊端主要有以下 4 点。

（1）ABA问题

使用 CAS 操作内存数据时，当数据发生过变化也能更新成功，如操作序列 A==>B==>A 时，最

后一个 CAS 的预期数据 A 实际已经发生过更改，但也能更新成功，这就产生了 ABA 问题。

ABA 问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候将版

本号加 1 ，那么操作序列 A==>B==>A 的就会变成 A1==>B2==>A3 ，如果将 A1 当作 A3 的预期数据，

就会操作失败。

JDK 提供了两个类 AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference 来解决 ABA 问题。比较

常用的是 AtomicStampedReference 类，该类的 compareAndSet 方法的作用是首先检查当前引用是否等

于预期引用，以及当前印戳是否等于预期印戳，如果全部相等，就以原子方式将引用和印戳的值一

同设置为新的值。

（2）只能保证一个共享变量之间的原子性操作

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作，但是对多个

共享变量操作时， CAS 无法保证操作的原子性。

一个比较简单的规避方法为：把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。

JDK 提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，可以把多个变量放在一个

AtomicReference 实例后再进行 CAS 操作。比如有两个共享变量 i ＝ 1 、 j=2 ，可以将二者合并成一个

对象，然后用 CAS 来操作该合并对象的 AtomicReference 引用。

（3）无效CAS会带来开销问题

自旋 CAS 如果长时间不成功（不成功就一直循环执行，直到成功为止），就会给 CPU 带来非

常大的执行开销。

（4）在部分CPU平台上存在“总线风暴”问题

CAS 操作和 volatile 一样也需要 CPU 进行通过 MESI 协议各个内核的“ Cache 一致性”，会通过

CPU 的 BUS （总线）发送大量 MESI 协议相关的消息，产生“ Cache 一致性流量”。因为总线被设计

为固定的“通信能力”，如果 Cache 一致性流量过大，总线将成为瓶颈，这就是所谓的“总线风暴”。

2. 提升 CAS 性能

提升 CAS 性能有效方式之一是以空间换时间，分散竞争热点。较为常见的方案为：

1 ）分散操作热点，使用 LongAdder 替代基础原子类 AtomicLong ， LongAdder 将单个 CAS 热点

（ value 值）分散到一个 cells 数组中。

2 ）使用队列削峰，将发生 CAS 争用的线程加入一个队列中排队，降低 CAS 争用的激烈程度。

JUC 中非常重要的基础类 AQS （抽象队列同步器）就是这么做的。

提升 CAS 性能有效方式之二是使用线程本地变量，从根本上避免竞争。

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