详解java中CAS机制所导致的问题以及解决——内存顺序冲突

Posted 2020-12-04 xieyang-blog

【CAS机制】

指的是CompareAndSwap或CompareAndSet，是一个原子操作，实现此机制的原子类记录着当前值的在内存中存储的偏移地址，将内存中的真实值V与旧的预期值A做比较，如果不一致则说明内存中的值被其他线程修改过了，返回false，否则将新值B存入内存。

Java内部是使用本地调用类unsafe实现的。

Java原子类底层原理就是采用CAS机制。

可能会出现什么问题

1. aba问题：

线程1取出A之后被阻塞了，此时线程2把内存中A改为B，一系列操作后又改为A，此时线程1恢复执行，取内存中的A与手中的A做比较，发现没有变，继续执行。

然而此时俩A虽然可能是一样的，但是其实是被修改过的。例如，线程1需要替换的是一个栈顶，从A替换成B，但是执行前线程2抢占到时间片，对栈做出了一系列出栈操作，然后又将A入栈，此时线程1恢复，发现栈顶还是A，所以替换成B，但此时这个栈已经不是原来的栈了。

解决思路——版本号：

在比较的时候加入版本号的比较，每次修改时也修改版本号。

1.5开始的AtomicStampedReference就是采用了的版本号比较。

1. 执行开销大：

CAS如果长时间不成功会一直自旋循环，会产生不少的执行开销。并且为了自旋结束时避免内存顺序冲突，CPU会对流水线进行重排，这样会严重影响cpu性能。

解决思路——pause指令：

pause指令能让自旋失败时cpu睡眠一小段时间再继续自旋，从而使得读操作的频率低很多,为解决内存顺序冲突而导致的流水线重排的代价也会小很多。 

内存顺序冲突——当自旋锁快要释放的时候，持锁线程会有一个store命令，外面自旋的线程会发出各自的load命令，而此处并没任何 happen-before 排序，所以处理器是乱序执行，所以为了避免load出现在store之前此时会进行流水线清空再重排序，会严重影响cpu效率，Pause指令的作用就是减少并行load的数量，从而减少重排序时所耗时间。（不懂load和store可以去看看JMM（java内存模型）的资料）

1. 只能保证一个共享变量的原子性操作：

解决思路——1.5开始的AtomicReference可以保证引用的原子性，可以把多变量放入对象中进行原子操作。

 

从自己word笔记中复制过来的，没图，而且格式很多有问题，有时间再补。