我们都知道，cpu是时分复用的，也就是把cpu的时间片，分配给不同的thread/process轮流执行，时间片与时间片之间，需要进行cpu切换，也就是会发生进程的切换。切换涉及到清空寄存器，缓存数据。然后重新加载新的thread所需数据。当一个线程被挂起时，加入到阻塞队列，在一定的时间或条件下，在通过notify()，notifyAll()唤醒回来。
在某个资源不可用的时候，就将cpu让出，把当前等待线程切换为阻塞状态。等到资源(比如一个共享数据）可用了，那么就将线程唤醒，让他进入runnable状态等待cpu调度。这就是典型的悲观锁的实现。 独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，它假设最坏的情况，认为一个线程修改共享数据的时候其他线程也会修改该数据，因此只在确保其它线程不会造成干扰的情况下执行，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。
但是，由于在进程挂起和恢复执行过程中存在着很大的开销。当一个线程正在等待锁时，它不能做任何事，所以悲观锁有很大的缺点。举个例子，如果一个线程需要某个资源，但是这个资源的占用时间很短，当线程第一次抢占这个资源时，可能这个资源被占用，如果此时挂起这个线程，可能立刻就发现资源可用，然后又需要花费很长的时间重新抢占锁，时间代价就会非常的高。
所以就有了乐观锁的概念，他的核心思路就是，每次不加锁而是假设修改数据之前其他线程一定不会修改，如果因为修改过产生冲突就失败就重试，直到成功为止。 在上面的例子中，某个线程可以不让出cpu，而是一直while循环，如果失败就重试，直到成功为止。所以，当数据争用不严重时，乐观锁效果更好。比如CAS就是一种乐观锁思想的应用。
CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。
举个CAS操作的应用场景的一个例子，当一个线程需要修改共享变量的值。完成这个操作，先取出共享变量的值赋给A，然后基于A的基础进行计算，得到新值B，完了需要更新共享变量的值了，这个时候就可以调用CAS方法更新变量值了。
在java中可以通过锁和循环CAS的方式来实现原子操作。Java中java.util.concurrent.atomic包相关类就是 CAS的实现，atomic包里包括以下类：
| 类名 | 说明 |
|---|---|
| AtomicBoolean | 可以用原子方式更新的 boolean 值。 |
| AtomicInteger | 可以用原子方式更新的 int 值。 |
| AtomicIntegerArray | 可以用原子方式更新其元素的 int 数组。 |
| AtomicIntegerFieldUpdater<T> | 基于反射的实用工具，可以对指定类的指定 volatile int 字段进行原子更新。 |
| AtomicLong | 可以用原子方式更新的 long 值。 |
| AtomicLongArray | 可以用原子方式更新其元素的 long 数组。 |
| AtomicLongFieldUpdater<T> | 基于反射的实用工具，可以对指定类的指定 volatile long 字段进行原子更新。 |
| AtomicMarkableReference<V> | AtomicMarkableReference 维护带有标记位的对象引用，可以原子方式对其进行更新。 |
| AtomicReference<V> | 可以用原子方式更新的对象引用。 |
| AtomicReferenceArray<E> | 可以用原子方式更新其元素的对象引用数组。 |
| AtomicReferenceFieldUpdater<T，V> | 基于反射的实用工具，可以对指定类的指定 volatile 字段进行原子更新。 |
| AtomicStampedReference<V> | AtomicStampedReference 维护带有整数“标志”的对象引用，可以用原子方式对其进行更新。 |
下面我们来已AtomicIneger的源码为例来看看CAS操作：
public final int getAndAdd(int delta) {
for (; ; ) {
int current = get();
int next = current + delta;
if (compareAndSet(current, next))
return current;
}
}这里很显然使用CAS操作（for(;;)里面），他每次都从内存中读取数据，+1操作，然后两个值进行CAS操作。如果成功则返回，否则失败重试，直到修改成功为止。上面源码最关键的地方有两个，一个for循环，它代表着一种宁死不屈的精神，不成功誓不罢休。还有就是compareAndSet：
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}compareAndSet方法内部是调用Java本地方法compareAndSwapInt来实现的，而compareAndSwapInt方法内部又是借助C来调用CPU的底层指令来保证在硬件层面上实现原子操作的。在intel处理器中，CAS是通过调用cmpxchg指令完成的。这就是我们常说的CAS操作（compare and swap）。
CAS虽然很高效的解决原子操作，但是CAS仍然存在三大问题。ABA问题，循环时间长开销大和只能保证一个共享变量的原子操作。