Java EE 多线程之 CAS-编程知识

Java EE 多线程之 CAS

文章目录

1. 什么是 CAS
2. CAS 有那些应用
- 2.1 实现原子类
- 2.2 实现自旋锁
- 2.3 ABA 问题
- - 2.3.1 ABA 问题的解决方案

1. 什么是 CAS

CAS：全称Compare and swap

假如有一个内存 M
有两个寄存器 A B
CAS(M, A, B)
如果 M 和 A 的值相同的话，就把 M 和 B 里的值进行交换，同时整个操作返回 true
如果 M 和 A 的值不同的话，无事发生，同时整个操作返回 false

这里交换的本质，是为了把 B 赋值给 M
寄存器 B 的值不太关心，主要的是 M 里面的情况

CAS 伪代码

boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {if (&address == expectedValue) {&address = swapValue;return true;}return false;}

上⾯写的代码不是原⼦的，真实的 CAS 是⼀个原⼦的硬件指令完成的，这个伪代码只是辅助理解 CAS 的⼯作流程

CAS 其实是一个 cpu 指令
单个的 cpu 指令，是原子的，就可使用 CAS 完成一些操作，进一步替代“加锁”

基于 CAS 实现线程安全的方式，也称为“无锁编程”
优点：
保证线程安全，同时避免阻塞（提高效率）
缺点：
1.代码会更复杂，不好理解
2.只能够适合一些特定场景，不如加锁方式更普适

CAS 本质上是 cpu 提供的指令；后来又被操作系统封装，提供成 api；然后又被 JVM 封装，也提供成 api；最后被程序员使用

2. CAS 有那些应用

2.1 实现原子类

在前面进行多线程编写的时候，我们说过int++
int，进行++，不是原子的（load，add，save）

但是标准库中提供了一个类，就是原子的
AtomicInteger，就是基于CAS 的方式对 int 进行封装，此时进行 ++，就是原子的了

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class ThreadDemo34 {// 不使用原生的 int, 而是替换成 AtomicInteger// private static int count = 0;private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {// count++;count.getAndIncrement();// ++count;//count.incrementAndGet();// count += n;//count.getAndAdd(n);// count--;//count.getAndDecrement();// --count;//count.decrementAndGet();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println("count = " + count.get());}}

在这里插入图片描述
这个时候就是线程安全的了

我们可以查看一下原码
在这里插入图片描述
在java 中，有些操作是偏底层的操作，偏底层的操作早使用的时候就会有更多的注意事项
稍有不慎就容易写出问头
这些操作，就放到了 unsafe 中进行归类

在原子类的内部没有使用 synchronized 加锁

再内部就无法看到了
native 修饰的方法，称为“本地方法”
就是在 JVM 源码中，使用 c++ 实现的逻辑
这就涉及到一些底层操作

结论：原子类里面是基于 CAS 来实现的
在这里插入图片描述

2.2 实现自旋锁

自旋锁伪代码

public class SpinLock {private Thread owner = null;public void lock(){// 通过 CAS 看当前锁是否被某个线程持有.// 如果这个锁已经被别的线程持有, 那么就⾃旋等待.// 如果这个锁没有被别的线程持有, 那么就把 owner 设为当前尝试加锁的线程.while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())){}}public void unlock (){this.owner = null;}
}