1. CAS的概述
- CAS的全称为
Compare-And-Swap
(比较并交换),它是一条CPU并发原语,比较工作内存值(预期值)和主物理内存的共享值是否相同,相同则执行规定操作,否则继续比较直到主内存和工作内存的值一致为止。这个过程是原子的
- AtomicInteger类主要利用CAS(compare and swap)+volatile和native方法来保证原子操作,从而避免synchronized的高开销,执行效率大为提升。
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CAS并发原语体现在Java语言中,就是sun.misc
包下的UnSafe类中的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我实现 CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件功能,通过它实现了原子操作,再次强调,由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用于范畴,是由若干条指令组成,用于完成某个功能的一个过程,并且原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许中断,也即是说CAS是一条原子指令,不会造成所谓的数据不一致的问题
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案例
public class AtomicIntegerDemo {
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(5);
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 20) +"\t"+atomicInteger.get()); //true 20
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 22) +"\t"+atomicInteger.get()); //false 20
}
}
2. UnSafe类
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UnSafe类是CAS的核心类,由于Java 方法无法直接访问底层 ,需要通过本地(native)方法来访问,UnSafe相当于一个后门,基于该类可以直接操作特定的内存数据。UnSafe类在于sun.misc包中,其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存,因为Java中CAS操作依赖于UnSafe类的方法。
- UnSafe类中所有的方法都是
native
修饰的,也就是说UnSafe类中的方法都是直接调用操作底层资源
执行响应的任务
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变量ValueOffset
,便是该变量在内存中的偏移地址,因为UnSafe就是根据内存偏移地址获取数据的
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volatile修饰的变量value
,保证了多线程之间的可见性
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Unsafe (不是指线程不安全,是指过于底层,不建议编程人员直接使用)对象提供了非常底层的,操作内存、线程的方法,Unsafe 对象不能直接调用,只能通过反射获得。LockSupport的park
方法,cas相关的方法底层都是通过Unsafe类来实现的。
3. CAS的缺点
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循环时间长开销很大
- 在getAndAddInt方法执行的时候,有个do-while循环,使用的是
自旋锁
,如果CAS失败,就会一直尝试,直到成功。如果长时间失败,可能会给CPU带来很大的开销。
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只能保证一个共享变量的原子性
- 当对一个共享变量执行操作时,我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作
- 对多个共享变量操作时,循环CAS就无法保证操作的原子性,这个时候就可以用锁来保证原子性
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ABA问题的产生
4. 解决ABA问题
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解决ABA问题,对应的思想:就是使用了乐观锁,即带版本号
的原子操作
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解决方案:使用AtomicStampedReference每修改一次都会有一个版本号
注意:
Integer 使用了对象缓存机制,默认范围是-128~127,推荐使用静态工厂方法valueOf获取对象实例,而不是new,因为valueOf使用缓存,而new一定会创建新的对象分配新的内存空间。
Interger对-128~127的缓存这个范围才有效,不在这个范围comareAndSet会一直返回false。
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解决案例
public class ABATest {
/**
* AtomicStampedReference
* 注意:如果泛型是一个包装类,注意对象的引用问题(正常在业务操作,这里面比较的都是一个个对象)
* 第一个参数:初始值
* 第二个参数:初始版本号
*/
static AtomicStampedReference<Integer> atomicReference = new
AtomicStampedReference<>(100, 1);
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
//获得版本号
System.out.println("a1===version-" + atomicReference.getStamp());
//暂停2s
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//第一次修改,将版本号+1
/**
* atomicReference.compareAndSet()
* 参数1:期待值 参数2:新值
* 参数3:期待版本号 参数4:新版本号
*/
atomicReference.compareAndSet(100,101,
atomicReference.getStamp(),atomicReference.getStamp() + 1);
System.out.println("a2===version-" + atomicReference.getStamp());
//第二次修改,将版本号再+1
atomicReference.compareAndSet(101,100,
atomicReference.getStamp(),atomicReference.getStamp() + 1);
System.out.println("a3===version-" + atomicReference.getStamp());
},"A").start();
new Thread(() -> {
//获得版本号
System.out.println("b1===version-" + atomicReference.getStamp());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
atomicReference.compareAndSet(100,101,
atomicReference.getStamp(),atomicReference.getStamp() + 1);
System.out.println("b2===version-" + atomicReference.getStamp());
},"B").start();
}
}
输出结果:
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