多线程 -- CAS自旋锁Atomic类

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了多线程 -- CAS自旋锁Atomic类相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

1、CAS(compare and swap)

CAS 概念:CAS是一种系统原语,能够原子地完成比较和交换两个动作(所谓原语属于操作系统用语范畴。原语由若干条指令组成的,用于完成一定功能的一个过程。primitive or atomic action 是由若干个机器指令构成的完成某种特定功能的一段程序,具有不可分割性·即原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许被中断)。CAS是Compare And Set的缩写。CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值E,要修改的新值N。当且仅当预期值E和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。

 

CAS 执行流程图:

技术图片

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2、自旋锁(spinlock)

前言:在介绍自旋锁之前,需要提到关键字 Volatile,它可以保证 JMM 模型所规定的可见性+有序性,但是它却不能保证原子性,即如果用它是不能保证对修饰变量操作的原子性的。因此不能用它来作为锁,但是它配合上 CAS 就可以构造出一种“无锁策略”的乐观自旋锁,保证了操作的原子性,而且在适合其应用的场景下效率是比较高的,因为它的优点就是可以避免线程的上下文切换所带来的系统开销。

 

概念:是指当一个线程在获取锁的时候,如果锁已经被其它线程获取,那么该线程将循环等待,然后不断的判断锁是否能够被成功获取,直到获取到锁才会退出循环。

 

自旋锁缺点:

1)如果某个线程持有锁的时间过长,就会导致其它等待获取锁的线程进入循环等待,消耗CPU。使用不当会造成CPU使用率极高。

2)上面Java实现的自旋锁不是公平的,即无法满足等待时间最长的线程优先获取锁。不公平的锁就会存在“线程饥饿”问题。

 

自旋锁优点:

1)自旋锁不会使线程状态发生切换,一直处于用户态,即线程一直都是active的;不会使线程进入阻塞状态,减少了不必要的上下文切换,执行速度快

2)非自旋锁在获取不到锁的时候会进入阻塞状态,从而进入内核态,当获取到锁的时候需要从内核态恢复,需要线程上下文切换。 (线程被阻塞后便进入内核(Linux)调度状态,这个会导致系统在用户态与内核态之间来回切换,严重影响锁的性能)

3)ABA问题,例如,在竞争过程中,资源原始值是 A 然后经过一系列线程的改变之后变成 B,最后又变成了 A,等这个时候对某些拿着期望值 A 的线程来说,会有一种资源没有被改变过的错觉。解决这个问题可以在资源里面加上时间戳的属性。

 

简单示例:

技术图片
public class SpinLock {

  private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();

  public void lock(){
    Thread current = Thread.currentThread();
    while(!sign .compareAndSet(null, current)){
    }
  }

  public void unlock (){
    Thread current = Thread.currentThread();
    sign .compareAndSet(current, null);
  }
}
自旋锁的简单实现

 

 

 

 

 

3、JUC(java.util.concurrent) 下的 Atomic 类

分类:

技术图片

 

 

简介:

此包下基本都是使用 CAS 为原理自旋volatile变量来实现,以 AtomicInteger 类的原理为例,参考此链接

 

各种参考链接:

JAVA中Atomic类总结

AtomicInteger 的原理总结

原子类总结

 

以上是关于多线程 -- CAS自旋锁Atomic类的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

java.util.concurrent.atomic 包详解

多线程之美6一CAS与自旋锁

JUC框架之——CAS及Atomic类

CAS原子锁 高效自旋无锁的正确用法

CAS自旋锁

CAS机制与自旋锁