Java基础之CAS算法

2024-05-28 07:58:47

锁的分类

在谈CAS之前，我们先来聊聊锁的分类。

从资源的竞争激烈程度的角度来看，可以把锁分为乐观锁和悲观锁。

乐观锁：乐观锁认为这是个冷门资源，不会有人跟我竞争使用资源。对资源的竞争感到乐观。

悲观锁：悲观锁认为这是个热门资源，总有小伙子会跟我抢着使用资源。对资源的竞争感到悲观。

悲观锁适合写操作多的场景，先加锁可以保证写操作时数据的正确性。
乐观锁适合读操作多的场景，不加锁的特点能够使其读操作的性能大幅提升。

CAS算法

我们再来讲讲CAS算法。CAS，全称Compare And Swap(比较与交换)，是著名的乐观锁算法。CAS包含三个属性：

1.数据原值：V

2.数据现在的值：A

3.修改数据的目标值：B

当且仅当V与A相等时，CAS才通过原子操作更新值为B，如果V与A不相等，CAS会进行自旋操作，一直寻求更新，直到更新成功。

CAS算法的问题

1.ABA问题：原值为A，①想将A改成C，在①取出原值，且未修改的时候，②将A改成B，③将B改成A，这时①再执行更新操作，因为这个时候原值依然为A所以①操作是可以直接成功的，从而忽略了中间②③的操作步骤。

针对ABA问题，从JDK 1.5开始新增了AtomicStampedReference类，类中的compareAndSet方法，就是检查当前值内存地址是否与期望值内存地址相等，当前值得时间戳是否与期望值得时间戳相等，如果全部相等，则使用原子操作更新原值。

2.写操作多，则效率变低：在大量并发的情况下，存在大量线程去修改资源，就不可避免的出现大量线程因原值不同被搁置，大量的更新操作被迫自旋，所以写操作多的情况下，不建议使用CAS。

3.只能保证一个变量的原子操作：JDK 1.5之前，CAS只支持单个变量，当操作涉及多个变量时，CAS失效。JDK 1.5提供了AtomicReference类来保障对象更新操作的原子性。

CAS在Java中的应用

1.AtomicInteger等原子类的线程安全

2.JDK1.8中ConcurrentHashMap的线程安全

3.ReenTrantLock中更改锁状态

4.创建对象的内存分配线程安全性

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