JAVA锁中的CAS

Posted 2022-12-06 厚积_薄发

 一 .CAS

       在学习java.util.concurrent（简称JUC）包下的类时，了解到了CAS这个概念，整个JUC包的基础也是CAS，ReentrantLock也是基于它的。学习CAS，先从synchronized关键字说起，synchronized关键字能保证最基本的互斥同步。同步是指在多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一个时刻只被一个线程使用。而互斥是实现同步的一种手段。互斥同步4个字，互斥是因，同步是果；互斥是方法，同步是目的。互斥同步属于一种悲观的并发政策，认为如果不进行正确的同步措施，那就好出现问题，无论共享数据是否真会出现竞争，它都要进行加锁。

    随着硬件指令集的发展，多了一个选择：基于冲突检测的乐观并发政策，先进性操作，如果没有其他线程共享数据，则操作成功；如果共享数据有争用，产生冲突，那就采取其他措施（不断重试），这种乐观的并发政策的许多实现不用把线程挂起。乐观并发政策需要操作和冲突检测两个步骤具有原子性，需要底层硬件完成。

   x86中通过cmpxchg汇编指令来完成CAS操作。CAS（Compare-and-Swap 比较和交换）与平台相关，它有三个操作数，内存位置值（V），旧的预期值（A），新值（B）。CAS指令执行时，当V=A时，处理器用B的值跟新V的值，否则不执行。上述的过程是一个原子操作。JDK1.5引入的CAS，它在sun.misc.Unsafe类里面方法提供。里面调用了Native方法。

下面给一个JUC包下面的Atomic类的部分源代码，执行自增操作。用到CAS，里面用到了循环一直判断。里面没有进行加锁处理。但是也有逻辑漏洞，在111和222如果其他线程被执行，获得V（V运来是A），将他修改为B，后来又修改会A，则执行222代码的时候认为V没有改变过，这就是“ABA”问题。这个问题一般没有什么影响。

[java]

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1. //该方法实现了i++的非阻塞的原子操作   
2.    public final int getAndIncrement()    
3.          for (;;)  //循环,使用CAS的经典方式,这是实现non-blocking方式的代价   
4.             int current = get();//得到现在的值     111  
5.             int next = current + 1;//通过计算得到要赋予的新值   
6.             if (compareAndSet(current, next)) //关键点,调用CAS原子更新,  222  
7.                  return current;   
8.             
9.         

    二.锁优化

   JDK1.6中高校并发是一个重要改进。里面的给出的各种锁都是为了线程间更高效的共享数据。优化的方法有下面几种。这里的锁优化主要是针对synchronized关键字来说，它产生的是一种重量级的锁定（重量级的锁定不是用CAS），会有互斥，效率较低。而在JDK1.6后，引入的自旋锁，轻量级锁，偏向锁对互斥同步进行了优化，它们三种锁默认都是开启的。

1.锁消除，锁粗化。锁消除是判断当堆上的数据不会被其他线程访问到时，该线程上的同步加锁就无需进行。

由于加锁和解锁的开销很大，如果不断的加锁和解锁操作都是对于同一个对象，虚拟机会把整个加锁同步的范围扩张到操作序列的外部，就是只加一次锁。

2.自旋锁：互斥同步对性能最大的影响是阻塞的实现，挂起线程和恢复线程都需要转入内核中完成。现将本该要阻塞的线程不去挂起，不放弃处理器的执行时间，而是在那做一个忙循环（自旋），看看持有锁的线程是否很快释放锁。自旋的次数（循环的次数）是有限度的，默认是10次，如果没有获得锁就采用传统的方式去挂起线程。

3.轻量级锁：在线程没有竞争的时候，采用CAS操作，避免使用互斥量的开销。这里涉及到对象头的概念。

4.偏向锁：它相对于轻量级锁，减少了锁重入的开销，对于第一个获得锁的线程，后面的执行如果该锁没有被其他线程获取，则该线程将不再进行同步（CAS操作）。

      轻量级锁和偏向锁都是在没有竞争的情况下出现，一旦出现竞争就会升级为重量级锁。

对于synchronized，锁的升级情况可能是 偏向锁—>轻量锁—>自适应自旋锁—>重量锁

 参考：

        《深入理解Java虚拟机》

         http://www.majin163.com/2014/03/17/synchronized2/  这一篇博文写了synchronized的原理，它的实现和性能怎么样可以看看这一篇。

转自：https://blog.csdn.net/u013080921/article/details/42676231