首先什么是原子操作？

原子本意是“不能被进一步分割的最小粒子”，而原子操作意为”不可被中断的一个或一系列操作”；

处理器如何实现原子操作？

1. 首先处理器会自动保证基本的内存操作的原子性：处理器保证从系统内存当中读取或者写入一个字节是原子的，意思是当一个处理器读取一个字节时，其他处理器不能访问这个字节的内存地址。
2. 总线锁保证原子性：所谓总线锁就是使用处理器提供的一个LOCK＃信号，当一个处理器在总线上输出此信号时，其他处理器的请求将被阻塞住,那么该处理器可以独占使用共享内存。
3. 缓存锁定保证原子性：锁住总线的消耗太大，于是有了缓存锁，在Lock期间处理器缓存的内存区域会被锁定，其他处理其无法更改该块内存中的数据

CAS的思想很简单：三个参数，一个当前内存值V、旧的预期值A、即将更新的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做，并返回false。

cas步骤还原:

• 需要传递三个参数 1.当前线程中获取的旧值 2.新值 3.内存地址中的值
• 循环比较旧值和内存地址中的值,直到比较成功为止,即使失败,旧值是用volatile修饰的,保证一旦发生改变,能够被其他线程所察觉.然后再进行比较.

Exchange:

int exchange(std::atomic<int>& i, int j) 
{
    int old_value(0);
    int new_value(0);

    do
    {
        old_value = i;
        new_value = j;
    } 
    while (!i.compare_exchange_strong(old_value, new_value));

    return new_value;
}

上面的函数是用CAS实现的，没有使用atomic的fetch_and_add，exchange。

那么CAS是怎么保证数据的正确的？注意上面的old_value，old_value中保存着i的副本，在i执行CAS时，如果old_value中的值于i相同，即代表i没有被其他线程修改，保持原值，随后CAS操作成功，i替换为new_value 。如果old_value与i不相等，即代表其他线程修改了i，随后CAS操作失败，重新刷新old_value，new_value 并继续循环。注意这里的重新刷新是为了保证new_value的数值正确，new_value的是基于old_value计算得到，如果old_value与i不相等，即代表new_value的数值是错误的，需要重新刷新然后再去争抢。