一、问题引出（P158）

1. 取款案例

interface Account {// 获取余额Integer getBalance();// 取款void withdraw(Integer amount);/*** 方法内会启动 1000 个线程，每个线程做 -10 元 的操作* 如果初始余额为 10000 那么正确的结果应当是 0*/static void demo(Account account) {List ts = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 1000; i++) {ts.add(new Thread(() -> {account.withdraw(10);}));}long start = System.nanoTime();ts.forEach(Thread::start);ts.forEach(t -> {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});long end = System.nanoTime();System.out.println(account.getBalance()+ " cost: " + (end-start)/1000_000 + " ms");}
}

2. 线程不安全实现

class AccountUnsafe implements Account {private Integer balance;public AccountUnsafe(Integer balance) {this.balance = balance;}@Overridepublic Integer getBalance() {return this.balance;        }@Overridepublic void withdraw(Integer amount) {this.balance -= amount;        }
}

测试：

public class TestAccount {public static void main(String[] args) {Account account = new AccountUnsafe(10000);Account.demo(account);}
}

3. 解决思路-锁

class AccountUnsafe implements Account {private Integer balance;public AccountUnsafe(Integer balance) {this.balance = balance;}@Overridepublic Integer getBalance() {synchronized (this) {return this.balance;}}@Overridepublic void withdraw(Integer amount) {synchronized (this) {this.balance -= amount;}}
}

4. 解决思路-无锁

class AccountCas implements Account {private AtomicInteger balance;public AccountCas(int balance) {this.balance = new AtomicInteger(balance);}@Overridepublic Integer getBalance() {return balance.get();}@Overridepublic void withdraw(Integer amount) {while(true) {// 获取余额的最新值int prev = balance.get();// 要修改的余额int next = prev - amount;// 真正修改if(balance.compareAndSet(prev, next)) {break;}}}
}

二、CAS 与 volatile

AtomicInteger 的解决方法，内部并没有用锁来保护共享变量的线程安全。

其中的关键是 compareAndSet，它的简称就是 CAS （也有 Compare And Swap 的说法），它必须是原子操作。 注意 其实 CAS 的底层是 lock cmpxchg 指令（X86 架构），在单核 CPU 和多核 CPU 下都能够保证【比较-交换】的原子性。  

1. volatile 

（1）获取共享变量时，为了保证该变量的可见性，需要使用 volatile 修饰。

（2）它可以用来修饰成员变量和静态成员变量，他可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值，必须到主存中获取它的值，线程操作 volatile 变量都是直接操作主存。即一个线程对 volatile 变量的修改，对另一个线程可见。

注意：

volatile 仅仅保证了共享变量的可见性，让其他线程能够看到最新值，但不能解决指令交错问题（不能保证原子性）。

CAS 必须借助 volatile 才能读取到共享变量的最新值来实现【比较并交换】的效果。

2. 为什么无锁效率高

无锁情况下，即使重试失败，线程始终在高速运行，没有停歇，而 synchronized 会让线程在没有获得锁的时候，发生上下文切换，进入阻塞。打个比喻：

（1）线程就好像高速跑道上的赛车，高速运行时，速度超快，一旦发生上下文切换，就好比赛车要减速、熄火，等被唤醒又得重新打火、启动、加速... 恢复到高速运行，代价比较大。

（2）但无锁情况下，因为线程要保持运行，需要额外 CPU 的支持，CPU 在这里就好比高速跑道，没有额外的跑道，线程想高速运行也无从谈起，虽然不会进入阻塞，但由于没有分到时间片，仍然会进入可运行状态，还是会导致上下文切换。

3.CAS 的特点

结合 CAS 和  volatile 可以实现无锁并发，适用于线程数少、多核 CPU 的场景下。

（1）CAS 是基于乐观锁的思想：最乐观的估计，不怕别的线程来修改共享变量，就算改了也没关系，我吃亏点再重试呗。

（2）synchronized 是基于悲观锁的思想：最悲观的估计，得防着其它线程来修改共享变量，我上了锁你们都别想改，我改完了解开锁，你们才有机会。

（3）CAS 体现的是无锁并发、无阻塞并发：

1️⃣因为没有使用 synchronized，所以线程不会陷入阻塞，这是效率提升的因素之一。

2️⃣但如果竞争激烈，可以想到重试必然频繁发生，反而效率会受影响。