CAS操作號(hào)稱(chēng)無(wú)鎖優(yōu)化，也叫作自旋；對(duì)于一些常見(jiàn)的操作需要加鎖，然后jdk就提供了一些以Atomic開(kāi)頭的類(lèi)，這些類(lèi)內(nèi)部自動(dòng)帶了鎖，當(dāng)然這里的鎖并非是用synchronized來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)CAS操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的；
一、下面是 AtomicInteger 的使用：
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package com.designmodal.design.juc01;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/** * @author D-L * @Classname T03_AtomicInteger * @Version 1.0 * @Description 使用 AtomicInteger 類(lèi)解決常見(jiàn)的 多線程count++ * 其內(nèi)部使用了CAS操作來(lái)保證原子性 但是不能保證多個(gè)方法連續(xù)調(diào)用都是原子性 * @Date 2020/7/21 0:35 */public class T03_AtomicInteger { //使用AtomicInteger類(lèi) AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public void m(){ for (int i = 0; i < 10000; i++) { //等同于 在 count++ 上加鎖 count.incrementAndGet(); } } public static void main(String[] args) { T03_AtomicInteger t = new T03_AtomicInteger(); List<Thread> threads = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { threads.add(new Thread(t::m , "Thread" + i)); } threads.forEach((o) -> o.start()); threads.forEach(o ->{ try { o.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); System.out.println(t.count); }} |
二、當(dāng)然達(dá)到使用的級(jí)別很簡(jiǎn)單，看一下API就好了，通過(guò)上面的小程序，下面主要來(lái)聊一聊原理：
1、通過(guò)源碼分析AtomicInteger
首先小程序中定義了一個(gè) AtomicInteger 類(lèi)型的變量count；
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AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public void add(){ count.incrementAndGet();} |
調(diào)用了AtomicInteger類(lèi)中incrementAndGet();
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/** * Atomically increments by one the current value. * * @return the updated value */ public final int incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; } |
調(diào)用unsafe類(lèi)中的 getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4)方法；
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public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) { int var5; do { var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); return var5; } |
這里通過(guò)以上三步的操作，最終會(huì)進(jìn)入U(xiǎn)nsafe類(lèi)這里調(diào)用的 compareAndSwapInt 意思就是比較然后交換，通過(guò)一個(gè)while循環(huán)，在這里轉(zhuǎn)呀轉(zhuǎn)，直到修改成功；
CAS(compareAndSwap)（比較并交換）：原來(lái)想改變的值為0 ，現(xiàn)在想修改成1 ，這里想做到線程安全就必須要加synchronized，現(xiàn)在想用另外一種方式來(lái)替換加鎖的方法，就是所謂的CAS操作；你可以把它想象成擁有三個(gè)參數(shù)的方法cas(V , Expected , NewValue); 第一個(gè)參數(shù)V是你要改的那個(gè)值，Expected第二個(gè)參數(shù)是你期望當(dāng)前的值是多少（也就是如果沒(méi)有線程修改的時(shí)，這個(gè)值應(yīng)該是多少，如果不是期望值那就證明有別的線程修改過(guò)），NewValue是要設(shè)置的新值;
上圖簡(jiǎn)單模擬了CAS操作的過(guò)程，當(dāng)線程1和線程2同時(shí)讀取了共享變量count = 0；在線程1修改的過(guò)程中，線程2已經(jīng)將count值修改為1，那么在線程1修改的時(shí)候發(fā)現(xiàn)Expected值和V已經(jīng)匹配不上了，證明已經(jīng)有線程快我一步將count值改了（可能這里并發(fā)量大的時(shí)候已經(jīng)有n多個(gè)線程已經(jīng)修改過(guò)了），怎么辦呢？那我只能將我的期望值修改成V的值、newValue 在這基礎(chǔ)上加1，然后繼續(xù)在這自旋操作，直到修改成功，這就是自旋操作；
2、Unsafe類(lèi)(java并發(fā)包底層實(shí)現(xiàn)的核心)
CAS操作不需要加鎖是如何做到的呢？原因就在于Unsafe這個(gè)類(lèi)，這個(gè)類(lèi)除了你使用反射之外，你是不能夠直接使用的，這里不能使用的原因和ClassLoader有關(guān)系，所有AtomicXXX 類(lèi)內(nèi)部都是CompareAndSwap / CompareAndSet（新版jdk）,這個(gè)類(lèi)中存在好多native方法；
Unsafe類(lèi)使Java擁有了像C語(yǔ)言的指針一樣操作內(nèi)存空間的能力，一旦能夠直接操作內(nèi)存，這也就意味著（1）不受JVM管理，也就意味著無(wú)法被GC，需要我們手動(dòng)GC，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。（2）Unsafe的不少方法中必須提供原始地址(內(nèi)存地址)和被替換對(duì)象的地址，偏移量要自己計(jì)算，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就是JVM崩潰級(jí)別的異常，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)JVM實(shí)例崩潰，表現(xiàn)為應(yīng)用程序直接crash掉。（3）直接操作內(nèi)存，也意味著其速度更快，在高并發(fā)的條件之下能夠很好地提高效率。
CAS：CompareAndSwap，內(nèi)存偏移地址(var2)，預(yù)期值(var4)，新值(var5)。如果變量在當(dāng)前時(shí)刻的值和預(yù)期值expected相等，嘗試將變量的值更新為新值(var5)。如果更新成功，返回true；否則，返回false。
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/** * CAS操作 ：Unsafe類(lèi)中的本地方法 由于Java語(yǔ)言無(wú)法訪問(wèn)操作系統(tǒng)底層信息（比如：底層硬件設(shè)備等）， * 這時(shí)候就需要借助C C++語(yǔ)言來(lái)完成了 * @param var1 對(duì)象 * @param var2 偏移量 * @param var4 期望值 * @param var5 新值 * @return 修改成功返回true 失敗返回false */ public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6); |
三、CAS操作帶來(lái)的ABA問(wèn)題
ABA問(wèn)題說(shuō)白了就是在線程進(jìn)行CAS操作過(guò)程中有多個(gè)線程對(duì)這個(gè)共享變量進(jìn)行修改，有加有減，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)又回到起始值，這時(shí)該線程渾然不知；打個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋扔鳎哼@個(gè)過(guò)程就好像你前女友跟你分手以后，在時(shí)隔一年之后又找你復(fù)合來(lái)了，說(shuō)兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)還是覺(jué)得你好，在此期間你前女友已經(jīng)換了幾個(gè)男朋友你卻渾然不知，那個(gè)好看的她穿著你喜歡的小短裙，扎著清純的馬尾辮又回來(lái)，好了言歸正傳，意思就是結(jié)果是你期望的，可是這個(gè)值是經(jīng)過(guò)很多版本的。
下面簡(jiǎn)單模擬ABA操作圖：
如何解決ABA問(wèn)題呢？
如果是int類(lèi)型，最終的值也是你期望的，真的是沒(méi)有所謂，你也不用去糾結(jié)這問(wèn)題；如果你確實(shí)就想管一管，那就加一個(gè)版本號(hào)，做一次修改操作加一，比較檢查時(shí)連帶版本號(hào)一起檢查。
基礎(chǔ)類(lèi)型：沒(méi)有必要管，對(duì)你真的沒(méi)有所謂；
引用類(lèi)型：就像是你女朋友和你分手之后又復(fù)合，中間經(jīng)歷了多少個(gè)男朋友，這個(gè)是有所謂的，這時(shí)可以通過(guò)加版本號(hào)來(lái)解決；
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