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文章目录一、什么是CAS二、JAVA中如何实现CAS操作三、CAS在JUC中的运用四、ABA问题一、什么是CAS
在计算机科学中比较和交换Conmpare And Swap是用于实现多线程同步的原子指令。 它将内存位置的内容与给定值进行比较只有在相同的情况下将该内存位置的内容修改为新的给定值。 这是作为单个原子操作完成的。 原子性保证新值基于最新信息计算; 如果该值在同一时间被另一个线程更新则写入将失败。 操作结果必须说明是否进行替换; 这可以通过一个简单的布尔响应这个变体通常称为比较和设置或通过返回从内存位置读取的值来完成摘自维基本科
JAVA1.5开始引入了CAS主要代码都放在JUC的atomic包下如下图 二、JAVA中如何实现CAS操作
以比较简单的AtomicInteger为例我们看一下都有哪些方法 从图中可以看出JAVA中的CAS操作都是通过sun包下Unsafe类实现而Unsafe类中的方法都是native方法由JVM本地实现。Unsafe中对CAS的实现是C写的最后调用的是Atomic:comxchg这个方法这个方法的实现放在hotspot下的os_cpu包中说明这个方法的实现和操作系统、CPU都有关系我们以linux的X86处理器的实现为例来进行分析 Linux的X86下主要是通过cmpxchgl这个指令在CPU级完成CAS操作的但在多处理器情况下必须使用lock指令加锁来完成。从这个例子就可以比较清晰的了解CAS的底层实现了当然不同的操作系统和处理器的实现会有所不同大家可以自行了解。
三、CAS在JUC中的运用
我们看一下JUC中非常重要的一个类AbstractQueuedSynchronizer作为JAVA中多种锁实现的父类其中有很多地方使用到了CAS操作以提升并发的效率。上图为同步队列的入队操作也是一种乐观锁的实现多线程情况下操作头节点和尾节点都有可能失败失败后会再次尝试直到成功。
四、ABA问题
CAS可以有效的提升并发的效率但同时也会引入ABA问题。 如线程1从内存X中取出A这时候另一个线程2也从内存X中取出A并且线程2进行了一些操作将内存X中的值变成了B然后线程2又将内存X中的数据变成A这时候线程1进行CAS操作发现内存X中仍然是A然后线程1操作成功。虽然线程1的CAS操作成功但是整个过程就是有问题的。比如链表的头在变化了两次后恢复了原值但是不代表链表就没有变化。
所以JAVA中提供了AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference来处理会发生ABA问题的场景主要是在对象中额外再增加一个标记来标识对象是否有过变更。
