JAVA从Random类的实现原理来了解CAS

关于CAS（compare and swap），网上已经存在很多博客。笔者今天准备从我们常用的Random类的部分实现，来讲解CAS。

CAS在Java中的实现——java.util.concurrent包，它完全建立在CAS之上。
CAS是一种乐观锁，其实现原理可以简单的认为是自旋锁（关于自旋锁请参考《深入理解Java虚拟机》）

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首先我们应该明确，CAS的实现不是单单只靠软件就能实现，现实中，都是需要机器配合才能实现。

在intel的CPU中，使用cmpxchg指令

随着java不断的发展,Java本地方法(JNI)的出现，使得java程序越过JVM直接调用本地方法提供了一种便捷的方式，因而java在并发的手段上也多了起来。而在Doug Lea提供的cucurenct包中，CAS理论是它实现整个java包的基石。

下面我们进行分析：

public int nextInt(int bound) {
        if (bound <= 0)
            throw new IllegalArgumentException(BadBound);

        int r = next(31);
        int m = bound - 1;
        if ((bound & m) == 0)  // i.e., bound is a power of 2
            r = (int)((bound * (long)r) >> 31);
        else {
            for (int u = r;
                 u - (r = u % bound) + m < 0;
                 u = next(31))
                ;
        }
        return r;
    }

这是Java Random类中的方法nextint,其他无需多关注，我们看它调用的next方法：

    protected int next(int bits) {
        long oldseed, nextseed;
        //这里用到了concurrent 包中的原子Long
        AtomicLong seed = this.seed;
        do {
            oldseed = seed.get();
            nextseed = (oldseed * multiplier + addend) & mask;
        } while (!seed.compareAndSet(oldseed, nextseed));
        //这里就是经典的CAS的Java实现
        return (int)(nextseed >>> (48 - bits));
    }

首先，我们看看AtomicLong：

注意看圈中的部分

Unsafe类使Java拥有了像C语言的指针一样操作内存空间的能力，同时也带来了指针的问题

关于unsafe，可以看这篇文章（这里的unsafe主要是为了后面调用本地方法）说一说Java的Unsafe类
valueOffset——顾名思义，是记录当前对象关于内存的偏移地址。（也就是CAS需要的真实内存地址）

简单来说，CAS操作需要使用三个参数
第一个：当前对象的真是内存地址（valueOffset）
第二个：当前对象的值（如：seed.get();）
第三个：期望修改的值（就是你想要把该对象修改成的值）

我们看AutomaticLong的成员方法，compareAndSet：

 public final boolean compareAndSet(long expect, long update) {
 //可以看到，我们传入了期望值，与要被更新成的值
 //然后由unsafe调用本地方法，完成CAS操作
        return unsafe.compareAndSwapLong(this, valueOffset, expect, update);
    }

后面关于更多源码的解释，请参考：
JAVA CAS原理深度分析