Java并发2——CAS

Posted 2021-11-02 我永远信仰

文章目录

• CAS、乐观锁、悲观锁
• • 线程同步操作资源对象
  • 悲观锁
  • 乐观锁（CAS）
  • Java中的例子
• ABA

CAS、乐观锁、悲观锁

线程同步操作资源对象

多个线程想要操作一个资源对象。如何实现同步？

第一反应是使用互斥锁、但是互斥锁同步方式是悲观的。

悲观锁

悲观锁：操作系统认为，如果不严格同步线程调用，那么一定会产生异常。

缺点：如果大部分线程只是对资源进行读操作，悲观锁在每次被调用都是对资源经行锁定，效率无疑是极低的。

或者在同步代码块执行的时间远远小于线程切换的时间，使用悲观锁也是非常不好的。

那么如何实现：不锁定资源，也能线程同步?

那就是CAS：（Compare and swap）比较并且交换。

乐观锁（CAS）

比如两个线程争一个资源对象，资源对象中有一个状态值，0表示空闲没有被线程使用，那么这时候线程可以去获取该资源对象。

当线程拿到该资源对象，会生成两个值oldValue=0，newValue=1；oldValue表示拿到资源对象时候资源对象的值，这是作用于compare；newValue表示线程将其修改的值。

假设此时A、B两个线程都抢到了资源对象，想修改它的状态值为1，并占用它。如果A线程执行的比较好。先将资源对象的状态值swap操作修改成1，那么当B线程修改的时候发现oldValue不等于资源对象的状态值，因为其被A修改了，所以放弃swap操作。

不过B也不是直接放弃，而是进行自旋等待A的释放，不断的对资源对象经行compare，通常会配置自旋次数来防止死循环，因为自选是cpu空转，占用一定的开销，特别是自选线程很多的情况，这个后面总结。

但这个情况下，需要保证cas是原子性的。否则出现ABA问题。

那么应该如何实现cas的原子性呢？通过锁来实现？那前面的功夫岂不是白搭了

这个不用我们担心，CPU已经原生的支持了cas，上层经行调用即可。

底层的cmpxchg，留个坑，底层是如何实现无锁同步的

CAS这种同步机制，被称为乐观锁。CAS没有用到锁，是一种无锁的同步机制。

乐观锁不用上锁，而是cpu将这个过程变成是字节码指令级别的，拥有原子性。如果乐观锁再加锁，就违背了无锁的初衷

Java中的例子

启动三条线程，将一个值累加到1000.

public class Test01 {
    static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    while (num.get() < 1000) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + num.incrementAndGet());
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}

AtomicInteger的底层是如何通过CAS做到无锁同步

查看AtomicInteger源码

看我们调用的num.incrementAndGet()方法，确实是这样

查看getAndAddInt，这里调用了CAS，而且这里出现了一个循环，也就是之前说到的自旋。循环次数是可以通过启动参数来配置，如果不配置，默认次数是10，并不会出现死循环。

CAS是一个本地方法，和调用的平台相关

ABA

[CAS是什么？ABA问题又应该如何理解？ - 知乎 (zhihu.com)](https://zhuanlan.zhihu.com/p/139635112#:~:text=ABA 问题的过程是当有两个线程 T1 和 T2 从内存中获取到值A，线程 T2 通过某些操作把内存,值修改为B，然后又经过某些操作将值修改为回值A，T2退出。 线程 T1 进行操作的时候 ，使用预期值同内存中的值比较，此时均为A，修改成功退出。 但是此时的A以及不是原先的A了，这就是 ABA 问题)