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JAVA并发编程学习笔记之CAS操作


[摘要]本文主要是对JAVA并发编程学习笔记之CAS操作的讲解,希望对大家学习JAVA并发编程学习笔记之CAS操作有所帮助。

  CAS操作

  CAS是单词compare and set的缩写,意思是指在set之前先比较该值有没有变化,只有在没变的情况下才对其赋值。

  我们常常做这样的操作

  if(a==b) {

  a++;

  }

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

  int expect = a;

  if(a.compareAndSet(expect,a+1)) {

  doSomeThing1();

  } else {

  doSomeThing2();

  }

  这样如果a的值被改变了a++就不会被执行。

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

  while(true) {

  int expect = a;

  if (a.compareAndSet(expect, a + 1)) {

  doSomeThing1();

  return;

  } else {

  doSomeThing2();

  }

  }

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

  应用

  java.util.concurrent.atomic包中几乎大部分类都采用了CAS操作,以AtomicInteger为例,看看它几个主要方法的实现:

  public final int getAndSet(int newValue) {

  for (;;) {

  int current = get();

  if (compareAndSet(current, newValue))

  return current;

  }

  }

  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:

  public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {

  return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

  }

  不出所料,它就是采用的Unsafe类的CAS操作完成的。

 

  再来看看a++操作是如何实现的:

  public final int getAndIncrement() {

  for (;;) {

  int current = get();

  int next = current + 1;

  if (compareAndSet(current, next))

  return current;

  }

  }

  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。

  ++a操作和a++操作类似,只不过返回结果不同罢了

  public final int incrementAndGet() {

  for (;;) {

  int current = get();

  int next = current + 1;

  if (compareAndSet(current, next))

  return next;

  }

  }

  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CAS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CAS操作的。

  缺点:

  1、ABA问题

  CAS操作容易导致ABA问题,也就是在做a++之间,a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a的值没有变。a在外面逛了一圈回来,你能保证它没有做任何坏事,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a是一个对象,这个对象有可能是新创建出来的,a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且a值不变的情况下才做a++,也可以考虑引入版本号,当版本号相同时才做a++操作等,这和事务原子性处理有点类似!

  2、比较花费CPU资源,即使没有任何争用也会做一些无用功。

  3、会增加程序测试的复杂度,稍不注意就会出现问题。

  总结:

  可以用CAS在无锁的情况下实现原子操作,但要明确应用场合,非常简单的操作且又不想引入锁可以考虑使用CAS操作,当想要非阻塞地完成某一操作也可以考虑CAS.不推荐在复杂操作中引入CAS,会使程序可读性变差,且难以测试,同时会出现ABA问题。



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