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2022/09/25阅读:17主题:默认主题

CAS核心思想、底层实现


★ 1、CAS 是什么

CAS 是比较并交换,是实现并发算法时常用到的一种技术当内存的值和期望的值相等时,进行更新,否则 什么都不做重来

CAS 的底层实现:是靠硬件实现的,靠硬件的原子性实现CAS是一条CPU的原子指令cmpxchg指令),不会造成所谓的数据不一致问题

重来==>自旋

CAS 类似乐观锁,乐观的认为别人没有修改,当值还是预期值,就进行修改,否则可能什么都不做,或者重来。


★ 2、CAS 应用举例

  • 原子操作类,比如整型的原子操作类的compareAndSet方法
  • 我的博客项目中,在更新文章浏览次数时,当前内存的文章浏览次数 和 期望中的数据库的文章浏览次数 进行比较,如果是相同的,则加1,否则 什么都不做



3、原子类

原子类==> 底层思想/工作原理 CAS ==> Unsafe 类的CPU 原语级别的汇编操作

  • CAS 是靠硬件实现的,靠硬件的原子性实现CAS是一条CPU的原子指令cmpxchg指令),不会造成所谓的数据不一致问题

    Unsafe提供的CAS方法(如compareAndSwapXXX)底层实现即为CPU指令cmpxchg。


■ AtomicInteger 类主要利用 CAS + volatile 和 native 方法来保证原子操作,从而避免 synchronized 的高开销,执行效率大为提升。

new AtomicInteger().compareAndSet(01);

// 底层实现
public final int getAndAdd(int delta) {
 return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
 return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}



new AtomicInteger().getAndAdd(1);//获取到当前值并加1
// 底层实现
public final int getAndAdd(int delta) {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
   var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}

工作中,不建议使用Unsafe 类,类名就提示你了"不安全"!



4、Unsafe 类

  • 是CAS的核心类
  • 可以像C的指针一样直接操作内存
  • Unsafe类中的所有方法都是native修饰的Unsafe类中的方法都可以直接调用操作系统底层资源去执行相应任务
//原子类
public final int getAndIncrement() {
     return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

private volatile int value;

变量valueOffset,表示该变量值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。

变量value用volatile修饰,保证了多线程之间的内存可见性。每次获取的值都是最新的。



5、CAS 带来的问题

  • 循环时间长,可能死循环,开销很大
  • ABA 问题
    • 解决ABA 问题: 带版本号的原子引用 AtomicStampedReference




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