面试题：Java无锁编程中的CAS原理及应用

CAS原理

CAS是一种无锁算法，用于在多线程环境下实现变量的原子性更新。其基本原理是：当一个线程尝试更新一个共享变量时，它会将当前值与预期值进行比较。如果当前值与预期值相等，说明在这个线程检查变量值之后没有其他线程修改过该变量，那么就将变量更新为新的值；如果当前值与预期值不相等，说明有其他线程在这个线程检查变量值之后修改了该变量，那么这个线程就需要重新读取当前值，再次尝试更新操作。

基于CAS实现无锁队列入队操作

以下是使用Java的AtomicReference来实现一个简单无锁队列的入队操作示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

class Node<T> {
    T value;
    AtomicReference<Node<T>> next;

    Node(T value) {
        this.value = value;
        this.next = new AtomicReference<>(null);
    }
}

public class LockFreeQueue<T> {
    private AtomicReference<Node<T>> head;
    private AtomicReference<Node<T>> tail;

    public LockFreeQueue() {
        Node<T> dummy = new Node<>(null);
        head = new AtomicReference<>(dummy);
        tail = new AtomicReference<>(dummy);
    }

    public void enqueue(T item) {
        Node<T> newNode = new Node<>(item);
        while (true) {
            Node<T> curTail = tail.get();
            Node<T> next = curTail.next.get();
            if (curTail == tail.get()) {
                if (next == null) {
                    if (curTail.next.compareAndSet(null, newNode)) {
                        tail.compareAndSet(curTail, newNode);
                        return;
                    }
                } else {
                    tail.compareAndSet(curTail, next);
                }
            }
        }
    }
}

可能存在的问题

ABA问题：当一个变量从A变为B，再变回A时，CAS操作可能会误认为该变量没有被修改过。可以通过引入版本号（如AtomicStampedReference）来解决。
循环开销：由于CAS操作可能会失败，需要不断重试，这会带来额外的CPU开销，尤其是在竞争激烈的情况下。
饥饿问题：某些线程可能因为不断重试CAS操作而得不到执行机会，导致饥饿。可以通过公平调度算法来缓解。

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面试题：Java无锁编程中的CAS原理及应用

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CAS原理

基于CAS实现无锁队列入队操作

可能存在的问题