Java多线程并发中 CAS 的使用与理解

Posted 2021-02-11 吴wuwu

一、CAS (Compare And Swap)：

　　CAS(Compare And Swap)，即比较并交换 CAS(V,E,N)。是解决多线程并行情况下使用锁造成性能损耗的一种机制，CAS操作包含三个操作数——要更新的变量（V）、预期原值（E）和新值(N)。核心算法是如果V 值等于E 值，则将V 的值设为N 。若V 值和E 值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程不做更新，直到V、E两个值相等，才更新V的值。
　　1、代码演示：

/*
* 原子变量类：
*      AtomicBoolean
*      AtomicInteger
*      AtomicLong
*      AtomicReference
*
* 原子数组类：
*      AtomicLongArray
*      AtomicReferenceArray
*
* 原子方式更新对象中的字段类：
*      AtomicIntegerFieldUpdate
*      AtomicReferenceFieldUpdate
*
* 高并发汇总类：
*      LongAdder
*      LongAccumulator
*      DoubleAdder
*      DoubleAccumulator
*
*/
public class CASTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
        CountDownLatch c = new CountDownLatch(10000);

        for(int i = 0; i < 50; i++){
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.print( counter.incrementAndGet() + " ");            
                    c.countDown();
                }
            }).start();
        }
        c.await();
        System.out.println("AtomicInteger :" +  counter.get());
    }
}

 

二、CAS 中 ABA 问题：

　　ABA 问题是指假设当前值为 A ,如果另一个线程先将 A 修改成 B , 再修改回成 A ,当前线程的 CAS 操作无法分辨当前值发生过变化。ABA 是不是一个问题与程序的逻辑有关，一般不是问题。而如果确实有问题，解决方法是使用 AtomicStampedReference ，在修改值的同时附加一个时间戳，只有值和时间戳都相同才进行修改。

　　1、代码演示：

public class ABATest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CASABATest();
        atomicStampedReferenceTest();
    }

    public static void atomicStampedReferenceTest(){
        AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(0, 0); // 第一个参数：引用对象的初始值，第二个参数：这个对象的初始标记

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
　　　　　　　　　// compareAndSet(eR,nR,eS,nS) eR：引用对象的期望值，nR：引用对象的新值，eS：引用对象期望标记，nS：引用对象的新标记，当 eR、eS和当前线程的值相等才会修改eR、eS的值为nR、nS
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", " + atomicStampedReference.compareAndSet(0, 1, 0, 1) + ", atomicStampedReference value:" + atomicStampedReference.getReference());
            }
        },"Thread A").start();


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", " + atomicStampedReference.compareAndSet(1, 0, 1, 2) + ", atomicStampedReference value:" + atomicStampedReference.getReference());
            }
        },"Thread B").start();


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", " + atomicStampedReference.compareAndSet(0, 1, 0, 1) + ", atomicStampedReference value:" + atomicStampedReference.getReference());
            }
        },"Thread C").start();

    }

    /**
     * 演示CAS 更新的ABA 问题
     *
     */
    public static void CASABATest() throws InterruptedException {
        AtomicInteger integer = new AtomicInteger(0);

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
　　　　　　　　　 //compareAndSet(e,u) e:期望值，u：新值，如果e的值在当前线程中和integer的值一致，就把e的值修改成u的值
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", " + integer.compareAndSet(0, 1) + ", AtomicInteger value:" + integer); //true
            }
        },"Thread A").start();


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", " + integer.compareAndSet(1 , 0) + ", AtomicInteger value:" + integer); //true
            }
        },"Thread B").start();


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", " + integer.compareAndSet(0 , 1) + ", AtomicInteger value:" + integer); //true
            }
        },"Thread C").start();

    }
}

 

三、CAS 与 Synchronized 的对比：
　　1.synchronized 是悲观的，它假设更新都是可能冲突的，所以要先获取锁，得到锁才更新，它是阻塞式算法，得不到锁就进入锁池等待。
　　CAS 是乐观的，它假设冲突比较少，但使用CAS 更新，进行冲突检测，如果确实冲突就继续尝试直到成功，它是非阻塞式算法，有更新冲突就重试。