Как работает механизм CAS (Compare And Swap)?

Механизм CAS — это атомарная инструкция, используемая в многопоточном программировании для неблокирующего обновления значения. Он состоит из трех операндов:

1. Память (V) - адрес ячейки памяти, которую мы хотим обновить.
2. Ожидаемое значение (A) - значение, которое, по нашему предположению, хранится в V.
3. Новое значение (B) - значение, на которое мы хотим обновить V.

CAS атомарно сравнивает текущее значение в V с ожидаемым значением A. Если они совпадают, то V обновляется на новое значение B. Если нет, то операция завершается неудачей.

Атомарность означает, что операция CAS выполняется как единое неделимое действие, предотвращая состояние гонки между потоками. Если несколько потоков пытаются выполнить CAS на одной и той же ячейке памяти одновременно, только один преуспеет в обновлении значения, а остальные получат статус "неудачно".

Вот как это выглядит на псевдокоде:

pseudo

В Java механизм CAS реализуется низкоуровневыми методами из пакета java.util.concurrent.atomic, такими как compareAndSet(). Эти методы используют аппаратные инструкции процессора для обеспечения атомарности.

Пример использования AtomicInteger:

java