Java并发多线程编程——CAS

Posted 2022-02-05 小志的博客

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java并发多线程编程——CAS相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、CAS的理解

CAS的全称为Compare-And-Swap ,它是一条CPU并发原语。
CAS的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的.

二、CAS简单的代码示例

示例代码

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
 * @description:
 * @author: xz
 */
public class CASDemo 
    public static void main(String[] args) 

        //声明一个原子类，初始值为5，即主内存中的值为5
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);

        //当线程Thread-0中的期望值和主内存中的值5相同，修改为更新的值2022
        new Thread(()->
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"\\t"+
                    atomicInteger.compareAndSet(5, 2022)+"\\t current value："+atomicInteger.get());
        ).start();

        //当线程Thread-1中的期望值和主内存中的值5相同，修改为更新的值2000
        new Thread(()->
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"\\t"+
                    atomicInteger.compareAndSet(5, 2000)+"\\t current value："+atomicInteger.get());
        ).start();

输出结果
【总结】
线程Thread-0中的期望值5和主内存中的值5相同，返回true，将期望值5修改为更新的值2022并刷新会主内存中。
由于线程Thread-0已经把主内存中的值修改为了2022，所以当线程Thread-1中的期望值5和主内存中的值2022不相同，返回false，将期望值5修改为更新的值2000失败，返回的还是线程Thread-0中修改后的值2022。
即真实值和期望值相同，修改成功；真实值和期望值不相同，修改失败。

三、CAS的底层原理

3.1、AtomicInteger类中getAndIncrement()方法源码解析

AtomicInteger原子类中valueOffset和value变量图解，如下图：
（1）、变量ValueOffset：指该变量在内存中的偏移地址,因为UnSafe就是根据内存偏移地址获取数据的>
（2）、变量value：该变量用volatile修饰,保证了多线程之间的可见性。
AtomicInteger原子类中getAndIncrement()方法源码，如下图：
Unsafe类中getAndIncrement()方法源码，如下图：
【上图解释】
var1：表示AtomicInteger对象本身。
var2：表示该对象值的引用地址。
var4：表示需要变动的数值。
var5：表示用var1、var2找出内存中真实的值。
用该对象当前的值与var5比较。如果相同,更新var5的值并且返回true。如果不同，继续取值然后比较,直到更新完成

3.2、AtomicInteger类中getAndIncrement()方法示例描述

假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作(分别在不同的CPU上)；
AtomicInteger里面的value原始值为5，即主内存中AtomicInteger的value为5，根据JMM模型，线程A和线程B各自持有一份值为5的value的副本分别到各自的工作内存。
线程A通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值5，这是线程A被挂起。
线程B也通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值5,，此时刚好线程B没有被挂起并执行compareAndSwapInt方法比较内存中的值也是5，成功修改内存的值为2022，线程B打完收工一切OK。
这时线程A恢复，执行compareAndSwapInt方法比较,发现自己手里的数值和内存中的数字2022不一致，说明该值已经被其他线程抢先一步修改了，那A线程修改失败，只能重新来一遍了。
线程A重新获取value值，因为变量value是volatile修饰，所以其他线程对他的修改，线程A总是能够看到，线程A继续执行compareAndSwapInt方法进行比较替换，直到成功。

四、UnSafe类的概述

UnSafe类是CAS的核心类，由于Java 方法无法直接访问底层 ,需要通过本地(native)方法来访问,UnSafe相当于一个后面,基于该类可以直接操作特额定的内存数据。
UnSafe类在于sun.misc包中,其内部方法操作可以向C的指针一样直接操作内存,因为Java中CAS操作的助兴依赖于UNSafe类的方法。
注：UnSafe类中所有的方法都是native修饰的,也就是说UnSafe类中的方法都是直接调用操作底层资源执行响应的任务。

五、CAS的概述

CAS的全称为Compare-And-Swap ,它是一条CPU并发原语。
CAS的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的。
CAS并发原语体现在Java语言中就是sun.miscUnSaffe类中的各个方法，调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我实现CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件功能,通过它实现了原子操作。
由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用于范畴,是由若干条指令组成,用于完成某个功能的一个过程,并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许中断，也就是说CAS是一条原子指令，不会造成所谓的数据不一致的问题。