CAS一定有自旋吗？-月伴飞鱼

CAS 不一定需要自旋，但在大多数实现中，为了提高 CAS 操作的成功率，通常会采用自旋重试的方式。

具体情况如下：

1. CAS 的核心操作

CAS（Compare-And-Swap） 是一种硬件级的原子操作，用于比较内存中的值并在符合条件时更新它。
当 CAS 操作失败时，有以下几种处理方式：
1. 直接返回失败（不采用自旋）。
2. 进入自旋重试（常见）。
3. 结合其他策略（如阻塞线程、退避算法）。

2. 自旋的作用

自旋是一种让线程主动忙等的方法，它会通过反复尝试执行 CAS 操作，直到操作成功或满足其他退出条件。

以下是自旋的好处和局限：

优点

避免线程切换开销：
- 如果直接阻塞线程（如使用锁），会导致线程上下文切换，增加系统开销。
- 自旋允许线程短时间内等待，提升性能。
适合短期竞争：
- 在竞争不激烈时，自旋通常可以很快完成操作。

缺点

占用 CPU 资源：
- 如果自旋时间过长，会导致 CPU 资源被浪费。
可能导致性能下降：
- 在高并发或长时间竞争的情况下，自旋可能变得低效。

3. CAS 是否总有自旋

不一定：
- 如果 CAS 操作的实现设计为直接返回失败（而非重试），则不会有自旋。例如某些场景下，只需要尝试一次即可返回结果。
通常有自旋：
- 在实际应用中，CAS 操作通常会设计为自旋重试，直到成功或达到最大重试次数。例如：
```
while (!compareAndSwap(expected, updated)) {
    // 重试逻辑
}
```

4. 结合策略优化自旋

为了避免自旋带来的问题，通常会采用以下优化策略：

限制自旋次数：
- 设置一个最大重试次数，达到上限后放弃自旋。例如 JDK 的 LockSupport 类提供了一些退避机制。
指数退避算法：
- 在每次 CAS 失败后，引入短暂的等待时间，并逐步增加等待时间，减少竞争。
锁机制的结合：
- 如果多次 CAS 重试失败，可以回退到锁的方式进行处理。

5. 实际中的典型实现

AtomicInteger 的实现

JDK 中的 AtomicInteger 使用 CAS 实现 incrementAndGet，带有自旋：

public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next)) {
            return next; // CAS 成功
        }
    }
}

无自旋的场景

某些场景下，直接尝试一次 CAS 操作即可，例如：

乐观锁失败时直接返回。
特定业务逻辑不需要重试，只需知道当前操作是否成功。

总结

CAS 不一定需要自旋，但在多线程并发环境下，为提高成功率，通常会采用自旋。
自旋适合短期竞争，但在高并发或竞争激烈的情况下，需要引入退避策略或限制重试次数。
实际应用中应根据场景权衡自旋的优缺点，以避免资源浪费或性能下降。

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