CAS原理

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什么是CAS

  • 处理并发问题
  • 我认为V的值应该是A,如果是的话我就把它修改成B,如果不是A,那么说明A被人修改过了,那我就不修改了,避免多人同时修改造成错误,
  • CAS 有3个操作数,内存值 V,预期值A,要修改的值 B,当且仅预期值A和内存值V 相同时,才将内存值修改为 B, 否则什么都不做,最后返回现在的 V 值 CAS算法理解

(1)与锁相比,使用比较交换(下文简称CAS)会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性,它对死锁问题天生免疫,并且,线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是,使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销,也没有线程间频繁调度带来的开销,因此,它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

(2)无锁的好处:

第一,在高并发的情况下,它比有锁的程序拥有更好的性能; 第二,它天生就是死锁免疫的。

就凭借这两个优势,就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。

(3)CAS算法的过程是这样:它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量,E表示预期值,N表示新值。仅当V值等于E值时,才会将V的值设为N,如果V值和E值不同,则说明已经有其他线程做了更新,则当前线程什么都不做。最后,CAS返回当前V的真实值。

(4)CAS操作是抱着乐观的态度进行的,它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时,只有一个会胜出,并成功更新,其余均会失败。失败的线程不会被挂起,仅是被告知失败,并且允许再次尝试,当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理,CAS操作即使没有锁,也可以发现其他线程对当前线程的干扰,并进行恰当的处理。

(5)简单地说,CAS需要你额外给出一个期望值,也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样,那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取,再次尝试修改就好了。

(6)在硬件层面,大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后,虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构,并且,这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

案例演示

package com.yxzapp.ready;

public class a implements Runnable{
    private volatile int value;


	//CAS 原理 比较并替换
    public  synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue){
        int oldValue =value;
         if(oldValue == expectedValue){
            value = newValue;
         }
         return value;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        a a = new a();
        a.value = 0;
        Thread t1 =new Thread(a);
        Thread t2 =new Thread(a);
        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(a.value);
    }

    @Override
    public void run() {
        compareAndSwap(0,1);
    }
}

在这里插入图片描述 小彩蛋 debug 模式选择线程

在这里插入图片描述

应用场景

  • 乐观锁
  • 原子类
  • 并发容器

在Java中原子类如何利用CAS实现原子操作的呢

  • AtomicIInteger 加载 Unsafe 工具,用来直接操作内存数据

在这里插入图片描述

  • Unsafe 底层的操作

  • 用 Volalatile 修饰value字段,保证可见性
  • 在这里插入图片描述
  • getAddAddInt 方法分析 这也是CAS的底层实现 在这里插入图片描述
  • 在这里插入图片描述

缺点

CAS存在一个很明显的问题,即ABA问题。

问题:如果变量V初次读取的时候是A,并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A,那能说明它的值没有被其他线程修改过了吗?

如果在这段期间曾经被改成B,然后又改回A,那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。针对这种情况,java并发包中提供了一个带有标记的原子引用类AtomicStampedReference,它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。 也可以所以版本号,时间戳解决

end
  • 作者:yxl(联系作者)
  • 发表时间:2020-08-11 16:13
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