Java多线程之CAS深入解析
Java多线程之CAS深入解析
目录:
- CAS是什么
- CAS底层原理Unsafe深入解析
- CAS缺点
引子:蚂蚁花呗一面:讲一讲AtomicInteger,为什么要用CAS而不是synchronized?
1. CAS是什么
CAS的全称为Compare-And-Swap,它是一条CPU并发原语。
它的功能是判断内存某个位置的值是否为期望值,如果是则更改为新的值,这个过程是原子的。
CAS并发原语体现在JAVA语言中就是sun.misc.Unsafe类中的CAS方法,JVM会帮我们实现CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能,通过它实现了原子操作。再次强调,由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用语范畴范,是由若干条指令组成的,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被中断,也就说CAS是一条CPU的原了指令,不会造成所谓的数据不一致问题。
简单测试代码:
public class CASDemo {public static void main(String[] args) {AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);// main do thingSystem.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 6)+"current data:"+atomicInteger.get());System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"current data:"+atomicInteger.get());}
}
编译结果:
2. CAS底层原理Unsafe深入解析
Unsafe是CAS的核心类,由于Java方法无法直接访问底层系统,需要通过本地(native)方法来访问,Unsafe相当于一个后门,基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.misc包中,其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存,因为Java中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。
注意Unsafe类中的所有方法都是native修饰的,也就是Unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务。
原子整型在i++中操作多线程环境下不需要加synchronized,也能保证线程安全,是因为它用的是Unsafe类,源代码如下:
源码解析,图如下
解析:getAndAddInt()方法底层调用的是unsafe,传三个参数,当前对象,内存地址偏移量,增量1,底层调用的是CAS思想,如果比较成功+1,失败再重新获得比较一次,直至成功为止。
假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作(分别跑在不同CPU上):
Atomiclnteger里面的value原始值为3,即主内存中Atomiclnteger的value为3,根据JMM模型,线程A和线程B各自持有一份值为3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3,这时线程A被挂起。
线程B也通过getIntVolatile(var1,var2)方法获取到value值3,此时刚好线程B没有被挂起并执行compareAndSwaplnt方法
比较内存值也为3,成功修改内存值为4,线程B打完收工,一切OK这时线程A恢复,执行compareAndSwaplnt方法比较,发现自己手里的值数字3和主内存的值数字4不一致,说明该值己
经被其它线程抢先一步修改过了,那A线程本次修改失,只能重新读取重新来一遍了。线程A重新获取value值,因为变量value被volatile修饰,所以其它线程对它的修改,线程A总是能够看到,线程A继续执
行compareAndSwaplnt进行比较替换,直到成功。
- Unsafe底层汇编
3. CAS缺点
篇幅原因,新开了一个博客文章进行解析,请看:
Java基础之CAS缺点
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