1.1 加锁和CAS解决原子性问题的不同原理
首先看如下代码:
i++不是原子操作加锁可以解决这个问题那它肯定是无锁的
1.2 CAS原理分析
先看定义(摘自百度百科):
“我认为位置V应该包含值A;如果包含该值,则将B放到这个位置;否则,不要更改该位置,只告诉我这个位置现在的值即可。"
再画个图解释一下:
2 CAS可能的问题
2.1 ABA问题
说实话刚接触CAS的时候,其实我就想到ABA这个问题了。☺☺☺
通过1.2可以知道,CAS需要在操作值的时候,检查值有没有发生变化,如果没有发生变化就更新,但是如果一个值原来是A,变成了B,又变成了A,那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化,但是实际上却变化了 —> 这就是所谓的ABA问题。
举个通俗点的例子,你倒了一杯水放桌子上,干了点别的事,然后同事把你水喝了又给你重新倒了一杯水,你回来看水还在,拿起来就喝,如果你不管水中间被人喝过,只关心水还在,还好 ; 但是假若你是一个比较讲卫生的人,那你肯定就不高兴了。。。
ABA问题的解决思路其实也很简单,就是使用版本号。在变量前面追加上版本号,每次变量更新的时候把版本号加1,那么A→B→A就会变成1A→2B→3A了。
2.2 循环时间长开销大
自旋CAS如果长时间不成功,会给CPU带来非常大的执行开销。
2.3只能保证一个共享变量的原子操作
对多个共享变量操作时,循环CAS就无法保证操作的原子性,用锁
还有一个取巧的办法,就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如,有两个共享变量i=2,j=a,合并一下ij=2a,然后用CAS来操作ij。从Java 1.5开始,JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性,就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。
3 JDK中对CAS的支持 — Unsafe类
java中提供了对CAS操作的支持,具体在sun.misc.unsafe类中,声明如下:
上面各个参数的含义:
- 参数var1:表示要操作的对象
- 参数var2:表示要操作对象中属性地址的偏移量
- 参数var4:表示需要修改数据的期望的值
- 参数var5/var6:表示雷要修改为的新值
注意:
4 JDK中的相关原子操作类简介 — 底层CAS机制
4.1 AtomicInteger
- int addAndGet(int delta):以原子方式将输入的数值与实例中的值(AtomicInteger里的value)相加,并返回结果。
- boolean compareAndSet(int expect,int update):如果输入的数值等于预期值,则以原子方式将该值设置为输入的值。
- int getAndIncrement():以原子方式将当前值加1,注意,这里返回的是自增前的值。
- int getAndSet(int newValue):以原子方式设置为newValue的值,并返回旧值。
4.2 AtomicIntegerArray
主要是提供原子的方式更新数组里的整型,其常用方法如下。
- int addAndGet(int i,int delta):以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加。
- boolean compareAndSet(int i,int expect,int update):如果当前值等于预期值,则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值。
需要注意的是,数组value通过构造方法传递进去,然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份,所以当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行修改时,不会影响传入的数组。
4.3更新引用类型
原子更新基本类型的AtomicInteger,只能更新一个变量,如果要原子更新多个变量,就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic包提供了以下3个类。
利用版本戳的形式记录了每次改变以后的版本号,这样的话就不会存在ABA问题了。这就是AtomicStampedReference的解决方案。AtomicMarkableReference跟AtomicStampedReference差不多, AtomicStampedReference是使用pair的int stamp作为计数器使用,AtomicMarkableReference的pair使用的是boolean mark。 还是那个水的例子,AtomicStampedReference可能关心的是动过几次,AtomicMarkableReference关心的是有没有被人动过,方法都比较简单。
4.4 原子更新字段类
更新类的字段(属性)必须使用public volatile修饰符。
- AtomicIntegerFieldUpdater: 原子更新整型的字段的更新器。
- AtomicLongFieldUpdater: 原子更新长整型字段的更新器。
- AtomicReferenceFieldUpdater: 原子更新引用类型里的字段。
5 乐观锁和悲观锁
悲观锁乐观锁
CAS这种机制也可以将其称之为乐观锁。综合性能较好!
CAS获取共享变量时,为了保证该变量的可见性,需要使用volatile修饰。结合CAS和volatile可以实现无锁并发,适用于竞争不激烈、多核 CPU 的场景下。
- (1)因为没有使用 synchronized,所以线程不会陷入阻塞,这是效率提升的因素之一。
- (2)但如果竞争激烈,可以想到重试必然频繁发生,反而效率会受影响。