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Cas和aqs是什么，cas如果失败会发生什么，cas和aqs基于什么场景去使用

1. CAS 和 AQS 是什么

CAS（Compare And Swap）

  • 定义：一种乐观锁机制，通过比较并交换实现原子操作，由 CPU 硬件指令支持（如 cmpxchg），用于无锁并发。
  • 原理：比较内存值（V）与预期值（A），若相等则替换为新值（B）。
  • Java 实现：java.util.concurrent.atomic 包（如 AtomicInteger）。
  • 示例：
AtomicInteger num = new AtomicInteger(5);
num.compareAndSet(5, 10); // 成功改为 10

AQS（Abstract Queued Synchronizer）

  • 定义：Java 并发框架，基于队列和状态变量（state）实现锁和同步工具（如 ReentrantLock、Semaphore）。
  • 原理：用 CAS 修改 state，线程竞争失败时加入 CLH 队列等待。
  • Java 实现：java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer。
  • 示例：
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); // AQS 管理锁状态
lock.unlock();

2. CAS 如果失败会发生什么

失败原因

  • 内存值（V）与预期值（A）不匹配，说明其他线程已修改。

失败结果

  • 操作不执行：新值（B）不会写入，CAS 返回 false。
  • 后续处理：
  • 自旋重试：循环尝试，直到成功。
  • 放弃或切换策略：根据业务决定。

示例

AtomicInteger num = new AtomicInteger(5);
// 线程 1
boolean success = num.compareAndSet(5, 10); // 成功，num = 10
// 线程 2
success = num.compareAndSet(5, 15); // 失败，预期 5，实际 10
if (!success) {
    System.out.println("CAS failed, retry or handle");
    // 自旋重试
    while (!num.compareAndSet(num.get(), 15)) {
        Thread.yield();
    }
}

影响

  • 性能：高竞争下自旋耗 CPU。
  • ABA 问题：值从 A->B->A，CAS 误判成功，需版本号解决（如 AtomicStampedReference）。

3. CAS 和 AQS 基于什么场景使用

CAS 使用场景

  • 适用场景：
  • 简单原子操作：如计数器自增、状态标记。
  • 高并发读写：无锁提升性能。
  • 轻量竞争：线程冲突少，自旋成本低。
  • 示例：
  • AtomicInteger：统计在线人数。
  • ConcurrentHashMap：更新桶内数据。
  • 不适用：
  • 高竞争：自旋浪费 CPU。
  • 复杂逻辑：无法协调多步操作。

AQS 使用场景

  • 适用场景：
  • 复杂同步：需要锁、等待、唤醒机制。
  • 多线程协作：如线程倒计时、资源限制。
  • 高竞争：阻塞式等待优于自旋。
  • 示例：
  • ReentrantLock：互斥访问共享资源。
  • CountDownLatch：多线程任务同步。
  • Semaphore：限流控制。
  • 不适用：
  • 简单操作：开销大于 CAS。

对比选择

  • CAS：轻量、无阻塞，适合单变量操作。
  • AQS：功能丰富、阻塞式，适合复杂同步。

延伸与面试角度

  • CAS 失败处理：
  • 自旋：while (!cas())。
  • 降级：切换到锁（如 synchronized）。
  • ABA 解决：
  • AtomicStampedReference 加时间戳。
  • 性能：
  • CAS：低竞争快，高竞争慢。
  • AQS：稳定，适合阻塞。
  • 底层支持：
  • CAS：硬件指令。
  • AQS：CAS + 队列。
  • 面试点：
  • 问“CAS 失败”时，提自旋和 ABA。
  • 问“场景”时，提计数器 vs 锁。

总结

  • CAS：无锁原子操作，失败则返回 false，常自旋重试，适合简单高并发。
  • AQS：同步框架，管理锁和队列，适合复杂同步。
  • 场景：CAS 用于轻量原子操作，AQS 用于多线程协调。面试时，可写 AtomicInteger 自增或 ReentrantLock 示例，展示理解深度。