CAS

CAS

Compare And Swap

Compare And Exchange

Compare And Set

 

目前大多数CPU处理器都支持CAS操作指令。不同处理器在支持CAS操作时有点差异。

 

很多编程语言也都支持CAS操作，以实现原子操作、原子变量、非阻塞同步、非阻塞算法、自旋锁、乐观锁等。如C11等。但基本都使用了CPU处理器对CAS的支持。基本上采用的是硬件实现，很少有软件实现。

 

CPU = 686, Virtual 8086 Mode, Id/Step = 06FD, A20 enabled

 

CMPXCHG: Compare and Exchange

下图形象地描述了CMPXCHG: Compare and Exchange这种比较交换技术。

图中Compare是将寄存器AL、AX、EAX、RAX中的值和r/m8、r/m16、r/m32、r/m64中的值进行比较，这里的Exchange交换体现在两者的比较结果为true的情况下，两者的值相等，则将r8、r16、r32、r64的值存入r/m8、r/m16、r/m32、r/m64。

 

由于两者的值相等，所以在将r8、r16、r32、r64的值存入r/m8、r/m16、r/m32、r/m64之前，相当于将r/m8、r/m16、r/m32、r/m64中的值存入寄存器AL、AX、EAX、RAX（实际上并没有这个操作，所以上面为了形象的表达Exchange交换，用虚线表示）。

 

形象的描述为：

       A->B->A'

A对应上面的r8、r16、r32、r64，B对应上面的r/m8、r/m16、r/m32、r/m64，A'对应上面的寄存器AL、AX、EAX、RAX。

A'相当于引入的第三个临时变量。就相当于我们在交换两个变量的值时，通常会通过一个临时变量一样。

void swap(int *a, int *b) 
{
  int tmp = *a;
  *a = *b;
  *b = tmp;
}

 

上面的矩形框形象的将A、A'看成一个整体，所以就可以认为：

A<->B

 

如果两者的值不相等，则将r/m8、r/m16、r/m32、r/m64的值存入寄存器AL、AX、EAX、RAX，如下面的右图。

 

此外还涉及到ZF标志位，如果两者的值相等，则会设置ZF标志位，否则清楚ZF标志位。

在将寄存器AL、AX、EAX、RAX中的值和r/m8、r/m16、r/m32、r/m64中的值进行比较时，如果两者的值不相等，则将r/m8、r/m16、r/m32、r/m64的值存入寄存器AL、AX、EAX、RAX。如果两者的值相等，则将r8、r16、r32、r64的值存入r/m8、r/m16、r/m32、r/m64。

 

那么在使用CMPXCHG来实现赋值更新变量时，我们怎么判断更新成功了？如果在比较时，如果不相等，那么就不会更新变量，会返回变量原来的值。只有在比较时，相等的情况下才会更新变量。

 

在比较的时候，如果相等，会设置标志位ZF，否则会清除标志位ZF。但我们无法知道标志位ZF是被设置还是清除。

 

怎么判断更新成功？参考另一篇文章：https://lobin.iteye.com/blog/2325737

 

关于如何在嵌入汇编中使用CMPXCHG，参考另一篇文章：https://lobin.iteye.com/blog/2325737

 

通过CMPXCHG怎么实现原子操作？参考另一篇文章：https://lobin.iteye.com/blog/2325737

 

Java也支持CAS操作，参考另一篇文章：https://lobin.iteye.com/blog/2325737