CAS（Compare and swap）比較和替換是設計並發算法時用到的一種技術。簡單來說，比較和替換是使用一個期望值和一個變量的當前值進行比較，如果當前變量的值與我們期望的值相等，就使用一個新值替換當前變量的值。這聽起來可能有一點復雜但是實際上你理解之後發現很簡單，接下來，讓我們跟深入的了解一下這項技術。
CAS的使用場景
在程序和算法中一個經常出現的模式就是“check and act”模式。先檢查後操作模式發生在代碼中首先檢查一個變量的值，然後再基於這個值做一些操作。下面是一個簡單的示例：
01 class MyLock {
02
03 private boolean locked = false;
04
05 public boolean lock() {
06 if(!locked) {
07 locked = true;
08 return true;
09 }
10 return false;
11 }
12 }
上面這段代碼，如果用在多線程的程序會出現很多錯誤，不過現在請忘掉它。
如你所見，lock()方法首先檢查locked>成員變量是否等於false，如果等於，就將locked設為true。
如果同個線程訪問同一個MyLock實例，上面的lock()將不能保證正常工作。如果一個線程檢查locked的值，然後將其設置為false，與此同時，一個線程B也在檢查locked的值，又或者，在線程A將locked的值設為false之前。因此，線程A和線程B可能都看到locked的值為false，然後兩者都基於這個信息做一些操作。
為了在一個多線程程序中良好的工作，”check then act” 操作必須是原子的。原子就是說”check“操作和”act“被當做一個原子代碼塊執行。不存在多個線程同時執行原子塊。
下面是一個代碼示例，把之前的lock()方法用synchronized關鍵字重構成一個原子塊。
01 class MyLock {
02
03 private boolean locked = false;
04
05 public synchronized boolean lock() {
06 if(!locked) {
07 locked = true;
08 return true;
09 }
10 return false;
11 }
12 }
現在lock()方法是同步的，所以，在某一時刻只能有一個線程在同一個MyLock實例上執行它。
原子的lock方法實際上是一個”compare and swap“的例子。
CAS用作原子操作
現在CPU內部已經執行原子的CAS操作。Java5以來，你可以使用java.util.concurrent.atomic包中的一些原子類來使用CPU中的這些功能。
下面是一個使用AtomicBoolean類實現lock()方法的例子：
1 public static class MyLock {
2 private AtomicBoolean locked = new AAtomicBoolean(false);
3
4 public boolean lock() {
5 return locked.compareAndSet(false, true);
6 }
7
8 }
locked變量不再是boolean類型而是AtomicBoolean。這個類中有一個compareAndSet()方法，它使用一個期望值和AtomicBoolean實例的值比較，和兩者相等，則使用一個新值替換原來的值。在這個例子中，它比較locked的值和false，如果locked的值為false，則把修改為true。
如果值被替換了，compareAndSet()返回true，否則，返回false。
使用Java5+提供的CAS特性而不是使用自己實現的的好處是Java5+中內置的CAS特性可以讓你利用底層的你的程序所運行機器的CPU的CAS特性。這會使還有CAS的代碼運行更快。