CAS（compare and swap）
CAS：比较并替换
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并发原语在现在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,再次强调,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,也即是说CAS是一条原子指令,不会造成所谓的数据不一致的问题.
public class CASDemo {
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"\t current"+atomicInteger.get());//true 2019
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2014)+"\t current"+atomicInteger.get());//false 2019
}
}
第一次拿期望值5与原来的5对比，没变，将5替换为2019
第二次拿5与原来的比较（此时已经变成2019了）2014替换失败，还是2019atomicInteger.getAndIncrement()方法的源代码
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):
1.AtomicInteger里面的value原始值为3,即主内存中AtomicInteger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.
2.线程A通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,这是线程A被挂起.
3.线程B也通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,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3 成功修改内存的值为4 线程B打完收工 一切OK.
4.这是线程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4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.
5.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.
Unsafe
1.UnSafe
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.
注意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
2.变量ValueOffset,便是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
3.变量value和volatile修饰,保证了多线程之间的可见性.
CAS缺点
1.
2.
3.
/**
* Description: ABA问题的解决：AtomicStampedReference类加时间戳（修改版本号）
*
* @author [email protected]
* @date 2019-04-12 21:30
**/
public class ABADemo {
private static AtomicReference atomicReference=new AtomicReference<>(100);
private static AtomicStampedReference stampedReference=new AtomicStampedReference<>(100,1);
public static void main(String[] args) {
System.out.println("===以下是ABA问题的产生===");
new Thread(()->{
atomicReference.compareAndSet(100,101);
atomicReference.compareAndSet(101,100);
},"t1").start();
new Thread(()->{
//先暂停1秒 保证完成ABA
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2019)+"\t"+atomicReference.get());
},"t2").start();
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
System.out.println("===以下是ABA问题的解决===");
new Thread(()->{
int stamp = stampedReference.getStamp();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第1次版本号"+stamp+"\t值是"+stampedReference.getReference());
//暂停1秒钟t3线程
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
stampedReference.compareAndSet(100,101,stampedReference.getStamp(),stampedReference.getStamp()+1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第2次版本号"+stampedReference.getStamp()+"\t值是"+stampedReference.getReference());
stampedReference.compareAndSet(101,100,stampedReference.getStamp(),stampedReference.getStamp()+1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第3次版本号"+stampedReference.getStamp()+"\t值是"+stampedReference.getReference());
},"t3").start();
new Thread(()->{
int stamp = stampedReference.getStamp();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 第1次版本号"+stamp+"\t值是"+stampedReference.getReference());
//保证线程3完成1次ABA
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
boolean result = stampedReference.compareAndSet(100, 2019, stamp, stamp + 1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 修改成功否"+result+"\t最新版本号"+stampedReference.getStamp());
System.out.println("最新的值\t"+stampedReference.getReference());
},"t4").start();
}
执行完一次ABA，t4线程想修改值为2019，发现修改失败，原因：此时t4版本号为1+1=2，而t3线程版本号已经为3了，不一致修改失败。