Go 并发编程面试题, 什么是 CAS?

Step 1

Q:: 什么是CAS（Compare And Swap）？

A:: CAS，全称为Compare And Swap（比较并交换），是一种用于实现并发编程中的无锁算法的重要原语。CAS操作包含三个操作数——内存位置V、预期旧值A和新值B。当且仅当V的值与A相等时，CAS才会将内存位置V的值更新为B。否则，不做任何操作。CAS通常用于避免使用锁机制，从而提高多线程编程的效率。

Step 2

Q:: CAS操作的优缺点是什么？

A:: CAS的优点包括高效的无锁操作，避免了线程阻塞，可以在多核CPU中提供更好的性能。然而，CAS也有一些缺点，如ABA问题、忙等导致的CPU资源浪费，以及当并发度很高时，CAS可能会导致失败重试多次，降低效率。

Step 3

Q:: 什么是ABA问题？如何解决？

A:: ABA问题是指在CAS操作中，一个值从A变成了B，然后又变回了A，CAS检测时认为值没有变化，但实际上发生了变化。为了解决ABA问题，常用的方法是引入版本号，即将变量和版本号一起进行比较和交换，从而避免误判。Java中的AtomicStampedReference就是一个典型的解决ABA问题的工具类。

Step 4

Q:: Go语言中如何使用CAS？

A:: 在Go语言中，CAS操作可以通过sync/atomic包中的函数如atomic.CompareAndSwapInt32、atomic.CompareAndSwapInt64等来实现。这些函数提供了对基本类型的原子操作，确保在并发环境下操作是安全的。

Step 5

Q:: CAS操作适用于哪些场景？

A:: CAS操作适用于那些不希望使用传统锁机制的高并发场景，尤其是需要频繁读写共享变量的场景，如实现无锁队列、无锁栈、原子计数器等。通过CAS，程序可以避免因为锁带来的线程上下文切换，从而提升性能。