Java编程cas操作全面解析

　　

CAS指的是现代CPU广泛支持的一种对内存中的共享数据进行操作的一种特殊指令。这个指令会对内存中的共享数据做原子的读写操作。

　　

简单介绍一下这个指令的操作过程:首先,CPU会将内存中将要被更改的数据与期望的值做比较,然后,当这两个值相等时,CPU才会将内存中的数值替换为新的值,否则便不做操作。最后,CPU会将旧的数值返回。这一系列的操作是原子的。它们虽然看似复杂,但却是Java 5并发机制优于原有锁机制的根本。简单来说,中科院的含义是“我认为原有的值应该是什么,如果是,则将原有的值更新为新值,否则不做修改,并告诉我原来的值是多少”。(这段描述引自《Java并发编程实践》)
　　

　　

简单的来说,中科院有3个操作数,内存值V,旧的预期值,要修改的新值B当且仅当预期值一个和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则返回诉这是一种乐观锁的思路,它相信在它修改之前,没有其它线程去修改它;而同步是一种悲观锁,它认为在它修改之前,一定会有其它线程去修改它,悲观锁效率很低。

　　

下面看一个简单的例子:

　　 　　 　　如果(a==b) { 　　+ +; 　　} 　　 　　

试想一下如果在做一个+ +之前一个的值被改变了怎么办? + +还执行吗?出现该问题的原因是在多线程环境下,一个的值处于一种不定的状态。采用锁可以解决此类问题,但中科院也可以解决,而且可以不加锁。

　　 　　 　　int期望=; 　　如果(a.compareAndSet(预期,+ 1)){ 　　doSomeThing1 (); 　　其他}{ 　　doSomeThing2 (); 　　} 　　 　　

这样如果一个的值被改变了+ +就不会被执行。
　　

　　

按照上面的写法,一个!=期望之后,+ +就不会被执行,如果我们还是想执行+ +操作怎么办,没关系,可以采用而循环

　　 　　 　　而(真){ 　　int期望=; 　　如果(a.compareAndSet(预期,+ 1)){ 　　doSomeThing1 (); 　　返回; 　　其他}{ 　　doSomeThing2 (); 　　} 　　} 　　 　　

采用上面的写法,在没有锁的情况下实现了一个+ +操作,这实际上是一种非阻塞算法。

　　

　　

java . util . concurrent。原子包中几乎大部分类都采用了中科院操作,以AtomicInteger为例,看看它几个主要方法的实现:
　　

　　 　　 　　公众最终int getAndSet (int newValue) { 　　(,) { 　　int电流=(); 　　如果(compareAndSet(目前,newValue)) 　　返回当前; 　　} 　　} 　　 　　

getAndSet方法JDK文档中的解释是:以原子方式设置为给定值,并返回旧值。原子方式体现在何处,就体现在compareAndSet上,看看compareAndSet是如何实现的:

　　 　　 　　公众最终布尔compareAndSet (int, int更新){ 　　返回unsafe.compareAndSwapInt (valueOffset,期望、更新); 　　} 　　 　　

不出所料,它就是采用的不安全类的CAS操作完成的。
　　

　　

再来看看+ +操作是如何实现的:

　　 　　 　　公众最终int getAndIncrement () { 　　(,) { 　　int电流=(); 　　int下=当前+ 1; 　　如果(compareAndSet(电流、下)) 　　返回当前; 　　} 　　} 　　 　　

　　

几乎和最开始的实例一模一样,也是采用CAS操作来实现自增操作的。
　　

　　

+ +一个操作和+ +操作类似,只不过返回结果不同罢了

　　 　　 　　公众最终int incrementAndGet () { 　　(,) { 　　int电流=(); 　　int下=当前+ 1; 　　如果(compareAndSet(电流、下)) 　　返回下一个; 　　} 　　} 　　 　　

此外,java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue类全是采用的非阻塞算法,里面没有使用任何锁,全是基于中科院操作实现的.CAS操作可以说是JAVA并发框架的基础,整个框架的设计都是基于中科院操作的。

　　

<强>缺点:
　　

　　

1,阿坝问题

　　

维基百科上给了一个活生生的例子——
　　

　　

你拿着一个装满钱的手提箱在飞机场,此时过来了一个火辣性感的美女,然后她很暖昧地挑逗着你,并趁你不注意的时候,把用一个一模一样的手提箱和你那装满钱的箱子调了个包,然后就离开了,你看到你的手提箱还在那,于是就提着手提箱去赶飞机去了。
　　

　　

这就是阿坝的问题。

　　

CAS操作容易导致ABA问题,也就是在做一个+ +之间,一个可能被多个线程修改过了,只不过回到了最初的值,这时CAS会认为一个的值没有变。在外面逛了一圈回来,你能保证它没有做任何坏的事,不能! !也许它讨闲,把b的值减了一下,把c的值加了一下等等,更有甚者如果一个是一个对象,这个对象有可能是新创建出来的,一个是一个引用呢情况又如何,所以这里面还是存在着很多问题的,解决ABA问题的方法有很多,可以考虑增加一个修改计数,只有修改计数不变的一个值且不变的情况下才做一个+ +,也可以考虑引入版本号,当版本号相同时才做一个+ +操作等,这和事务原子性处理有点类似!

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