解释 Java 中的 CAS 操作是如何工作的。

CAS（Compare-And-Swap）操作通过比较内存中的某个值和一个预期值，如果相同，则将内存中的值更新为新的值。这一切操作都是原子性的，即不可中断的，确保了并发环境下的线安全。Java 中的 CAS 操作主要依赖于底层硬件的支持，如通过 Unsafe 类实现。

Java 中的 CAS 有哪些问题？如何解决？

• ABA 问题：如果一个变量原来是 A，变成了 B，然后又变回 A，那么使用 CAS 进行比较时会认为没有变化，但实际上该变量已经被修改过两次。解决方法是使用版本号或时间戳，Java 的 AtomicStampedReference 类就是为了解决这个问题而设计的。
• 自旋开销大：在高并发情况下，如果多个线程同时竞争更新同一个变量，则会导致大量线程进行自旋，消耗 CPU。解决方法是使用限制自旋次数或回退策略，如增加随机等待时间。
• 只能保证单个变量的原子操作：如果需要对多个变量进行原子操作，CAS 就无能为力了。这种情况下，可以使用锁或者 AtomicReference 类来实现。

Java 中如何实现 CAS 操作？

Java 在 java.util.concurrent.atomic 包下提供了一系列原子类来支持原子操作，例如 AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等。这些类内部通过调用 Unsafe 类的原子性方法实现了 CAS 操作。

比较 CAS 和 Synchronized 的优缺点。

• CAS（非阻塞同步）
  • 优点：避免了线程阻塞，线程调度的开销较小，适用于竞争不激烈的场景，可以减少上下文切换的成本。
  • 缺点：只能保护单个共享变量的原子操作，存在 ABA 问题，且在激烈竞争下自旋会增加 CPU 开销。
• Synchronized（阻塞同步）
  • 优点：编码简单，JVM 优化（如偏向锁、轻量级锁）使得其性能逐渐提升，可以保护代码块或对象，解决多变量同步问题。
  • 缺点：在高并发场景下可能导致大量线程阻塞，增加上下文切换的成本，效率低于非阻塞算法。