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Java并发多线程编程——CAS

小志的博客 发布时间:2022-01-10 22:10:34 ,浏览量:0

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    • 一、CAS的理解
    • 二、CAS简单的代码示例
    • 三、CAS的底层原理
      • 3.1、AtomicInteger类中getAndIncrement()方法源码解析
      • 3.2、AtomicInteger类中getAndIncrement()方法示例描述
    • 四、UnSafe类的概述
    • 五、CAS的概述
    • 六、CAS的总结
    • 七、CAS的应用
    • 八、CAS缺点

一、CAS的理解
  • CAS的全称为Compare-And-Swap ,它是一条CPU并发原语。
  • CAS的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的.
二、CAS简单的代码示例
  • 示例代码

    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    /**
     * @description:
     * @author: xz
     */
    public class CASDemo {
        public static void main(String[] args) {
    
            //声明一个原子类,初始值为5,即主内存中的值为5
            AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
    
            //当线程Thread-0中的期望值和主内存中的值5相同,修改为更新的值2022
            new Thread(()->{
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"\t"+
                        atomicInteger.compareAndSet(5, 2022)+"\t current value:"+atomicInteger.get());
            }).start();
    
            //当线程Thread-1中的期望值和主内存中的值5相同,修改为更新的值2000
            new Thread(()->{
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"\t"+
                        atomicInteger.compareAndSet(5, 2000)+"\t current value:"+atomicInteger.get());
            }).start();
    
        }
    }
    
  • 输出结果 在这里插入图片描述

  • 【总结】

  • 线程Thread-0中的期望值5和主内存中的值5相同,返回true,将期望值5修改为更新的值2022并刷新会主内存中。

  • 由于线程Thread-0已经把主内存中的值修改为了2022,所以当线程Thread-1中的期望值5和主内存中的值2022不相同,返回false,将期望值5修改为更新的值2000失败,返回的还是线程Thread-0中修改后的值2022。

  • 即真实值和期望值相同,修改成功;真实值和期望值不相同,修改失败。

三、CAS的底层原理 3.1、AtomicInteger类中getAndIncrement()方法源码解析
  • AtomicInteger原子类中valueOffset和value变量图解,如下图: (1)、变量ValueOffset:指该变量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> (2)、变量value:该变量用volatile修饰,保证了多线程之间的可见性。

    在这里插入图片描述

  • AtomicInteger原子类中getAndIncrement()方法源码,如下图: 在这里插入图片描述

  • Unsafe类中getAndIncrement()方法源码,如下图:

    在这里插入图片描述

  • 【上图解释】

  • var1:表示AtomicInteger对象本身。

  • var2:表示该对象值的引用地址。

  • var4:表示需要变动的数值。

  • var5:表示用var1、var2找出内存中真实的值。

  • 用该对象当前的值与var5比较。如果相同,更新var5的值并且返回true。如果不同,继续取值然后比较,直到更新完成

3.2、AtomicInteger类中getAndIncrement()方法示例描述
  • 假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作(分别在不同的CPU上);
  • AtomicInteger里面的value原始值为5,即主内存中AtomicInteger的value为5,根据JMM模型,线程A和线程B各自持有一份值为5的value的副本分别到各自的工作内存。
  • 线程A通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值5,这是线程A被挂起。
  • 线程B也通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值5,,此时刚好线程B没有被挂起并执行compareAndSwapInt方法比较内存中的值也是5, 成功修改内存的值为2022,线程B打完收工 一切OK。
  • 这时线程A恢复,执行compareAndSwapInt方法比较,发现自己手里的数值和内存中的数字2022不一致,说明该值已经被其他线程抢先一步修改了,那A线程修改失败,只能重新来一遍了。
  • 线程A重新获取value值,因为变量value是volatile修饰,所以其他线程对他的修改,线程A总是能够看到,线程A继续执行compareAndSwapInt方法进行比较替换,直到成功。
四、UnSafe类的概述
  • UnSafe类是CAS的核心类, 由于Java 方法无法直接访问底层 ,需要通过本地(native)方法来访问,UnSafe相当于一个后面,基于该类可以直接操作特额定的内存数据。
  • UnSafe类在于sun.misc包中,其内部方法操作可以向C的指针一样直接操作内存,因为Java中CAS操作的助兴依赖于UNSafe类的方法。
  • 注:UnSafe类中所有的方法都是native修饰的,也就是说UnSafe类中的方法都是直接调用操作底层资源执行响应的任务。
五、CAS的概述
  • CAS的全称为Compare-And-Swap ,它是一条CPU并发原语。
  • CAS的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的。
  • CAS并发原语体现在Java语言中就是sun.miscUnSaffe类中的各个方法,调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我实现CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件 功能,通过它实现了原子操作。
  • 由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用于范畴,是由若干条指令组成,用于完成某个功能的一个过程,并且原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许中断,也就是说CAS是一条原子指令,不会造成所谓的数据不一致的问题。
六、CAS的总结
  • CAS(Compare-And-Swap),比较当前工作内存中的值和主内存中的值,如果相同则执行规定操作,否则继续比较直到主内存和工作内存中的值一致为止。
七、CAS的应用
  • CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的更新值B。
  • 当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。
八、CAS缺点
  • 循环时间长开销很大。 在这里插入图片描述

  • 只能保证一个共享变量的原子性。 在这里插入图片描述

  • 引起ABA问题。

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