CAS是compare and swap的缩写,即我们所说的比较交换。cas是一种基于锁的操作,而且是乐观锁。在线程锁分类中,锁分为乐观锁和悲观锁。悲观锁是将资源锁住,等一个之前获得锁的线程释放锁之后,下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度,通过某种方式不加锁来处理资源,比如通过给记录加version来获取数据,性能较悲观锁有很大的提高。
CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)。如果内存地址里面的值和A的值是一样的,那么就将内存里面的值更新成B。CAS是通过无限循环来获取数据的,若果在第一轮循环中,a线程获取地址里面的值被b线程修改了,那么a线程需要自旋,到下次循环才有可能机会执行。
(1)CAS容易造成ABA问题。一个线程a将数值改成了b,接着又改成了a,此时CAS认为是没有变化,其实是已经变化过了,而这个问题的解决方案可以使用版本号标识,每操作一次version加1。在java5中,已经提供了AtomicStampedReference来解决问题。
(2)CAS造成CPU利用率增加。之前说过了CAS里面是一个循环判断的过程,如果线程一直没有获取到状态,cpu资源会一直被占用。
其实AutoInteger就是使用了CAS来实现加1,我们知道如果有一个共享变量count=1,开5个线程,每个线程加20次,结果一般来说都会小于100.
@Test
public void test20() throws InterruptedException {
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
MyThrend thrend = new MyThrend("thead" + i);
Thread thread = new Thread(thrend);
thread.start();
}
Thread.sleep(2000);
System.out.println(MyCount1.count);
}
static class MyThrend implements Runnable {
private String name;
MyThrend(String threadName) {
this.name = threadName;
}
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<20;i++)
MyCount1.count++;
}
}
private static class MyCount1 {
static int count = 0;
}
结果78
现在修改一个代码,将int变成AtomicInteger
@Test
public void test20() throws InterruptedException {
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
MyThrend thrend = new MyThrend("thead" + i);
Thread thread = new Thread(thrend);
thread.start();
}
Thread.sleep(2000);
System.out.println(MyCount.count.get());
}
static class MyThrend implements Runnable {
private String name;
MyThrend(String threadName) {
this.name = threadName;
}
@Override
public void run() {
for (int i=0;i<20;i++)
MyCount.count.getAndIncrement(); //加1方法
}
}
private static class MyCount {
static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
}
每次结果都是100,怎么做到的呢?这里是没有直接加锁的,看源码。
public final int getAndIncrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); //第一个参数当前对象地址,第二个参数数据偏移量,第三个参数每次指定默认加1
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) { //这个方法使用的就是CAS,核心在于循环比较内存里面的值和当前值是否相等,如果相等就用新值覆盖
int var5;
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); //如果a,b线程同时执行这个方法,a线程拿到值1后cpu执行时间到了挂起,b开始执行,也拿到1,但是没有挂起,接着将值变成了2
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); //这个时候a线程恢复执行,去比较的时候发现手上的1 和内存里面的值2不等,这个时候他要进行下一个循环,看出来了占用cpu吧
return var5;
}
AtomicInteger,AtomicLong,AtomicBoolean.....都在java.util.current.atomic包下面,采用了CAS机制来实现加锁。如果大家想了解更多相关知识,可以关注极悦的多线程教程中的部分内容,这是掌握多线程线程锁种类的必学内容,为我们后面学习多线程的更多内容打下坚实的基础。
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