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标题: JavaEE之CAS [打印本页]

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作者: 王國慶    时间: 9 小时前
标题: JavaEE之CAS
上文我们熟悉了许很多多的锁，此篇我们的CAS就是从上文的锁计谋开展的新概念，我们来一探毕竟吧
  1. 什么是CAS？

CAS: 全称Compare and swap，字⾯意思:“比力并交换”，⼀个CAS涉及到以下操作：
我们假设内存中的原数据V，旧的预期值A，必要修改的新值B。

• 比力A与V是否相等。（比力）
  
• 如果比力相等，将B写入V。（交换）
  
• 返回操作是否成功。
  

CAS伪代码
下面写的代码不是原子的,真实的CAS是⼀个原子的硬件指令完成的.这个伪代码只是辅助明白CAS的工作流程.

1. while{
2. boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {
3. if (&address == expectedValue) {
4. &address = swapValue;
5. return true;
6. }
7. return false;
8. }
9. }

复制代码

说明：

• address: 表现要修改的内存所在
  
• expectValue: 预期值
  
• swapValue:要设置的新值
  

执行流程：

• 用一个预期值去和内存中的值做比力
  
• 如果预期值与内存中的值相等，就用新的值更新内存中的值
  
• 如果预期值与内存中的值不相等，就用进入下一次比力
  

我们前面学习过的线程安全题目是由于CPU的随机调度导致的，我们的处理方法是给有关修改共享变量的代码块加了synchronize关键字，保证了原子性，解决了线程安全题目，
那么题目来了，
为什么我们看到的CAS伪代码并没有保证原子性，那么他是如何保证原子性的呢？？
我们从一段例子来讲解：

总结：

• CAS对应的是硬件指令cmpxchg从CPU做了原子性支持，与LOCK 、UNLOCK 指令同地位
  
• CAS操作每次读取（LOAD）数据是从主内存中读取，并没有对应的工作内存
  
• 自旋锁是通过while把CAS进行包裹，让CAS没有成功的时候不停的执行，直到成功执行为止
  
• CAS是一个真正的指令，JVM调用了本地方法之后，对应的CAS指令会在CPU上执行
  执行中LOAD数据会访问主内存
  

2. CAS实现自旋锁

基于CAS实现更灵活的锁,获取到更多的控制权.
自旋锁伪代码：

1. public class SpinLock {
2. private Thread owner = null;
3. public void lock(){
4. // 通过CAS 看当前锁是否被某个线程持有.  
5. // 如果这个锁已经被别的线程持有, 那么就⾃旋等待.  
6. // 如果这个锁没有被别的线程持有, 那么就把owner 设为当前尝试加锁的线程.  
7. }
8. }
9. while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())){
10. }
11. public void unlock (){
12. this.owner = null;
13. }

复制代码

3. JDK中基于CAS实现的原子类

说明：

• JDK中提供了CAS实现的原子类，我们举此中一种AtomicInteger类来说明
  
  
  
  
• 我们调用此中的方法getAndIncrement()
  

1. //自增 ++i
2. atomicInteger.getAndIncrement();

复制代码

• 我们发现getAndIncrement()方法本质是getAndIncrement()
  

1. public final int getAndIncrement() {
2.         return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
3. }

复制代码

• 此中调用了Unsafe这个类的方法，是JDK内部的工具类，不发起外部程序员直接调用
  

1. private static final Unsafe U = Unsafe.getUnsafe();
2. //获取内存中字段在对象中的偏移地址
3.     private static final long VALUE
4.         = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");

复制代码

• 
  

1. //1. o表示原子类对象
2. //2. offset表示内存中字段在对象中的偏移地址
3. //3. delta表示传入的值
4. public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
5.         int v;
6.         do {
7.         //v是CAS操作之前获取的预期值
8.             v = getIntVolatile(o, offset);
9.         } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
10.         //while不停的自旋
11.         return v;
12.     }

复制代码

• 
  

1.    public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,//内存地址
2.                                               int expected,//预期值
3.                                               int x) {//要设置的值
4.         return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);//最后调用compareAndSetInt()方法
5.     }

复制代码

• 
  

1. //native表示本地方法，即对应了一条CAS指令cmpxchg
2. public final native boolean compareAndSetInt(Object o, long offset,
3.                                                  int expected,
4.                                                  int x);

复制代码

• 图解如下：
  
  
  
  

4. CAS的ABA题目

首先我们要知道什么是ABA题目？？？
ABA的题目:
假设存在两个线程t1和t2.有一个共享变量value,初始值为A.
接下来,线程t1想使用CAS把value值改成Z,那么就必要
先读取value的值,记录到oldValue变量中.
使用CAS判断当前value的值是否为A,如果为A,就修改成Z.
但是,在t1执行这两个操作之间,t2线程可能把value的值从A改成了B,又从B改成了A
   举个例子： 今天是疯狂星期四，我和我的女友共用一个小荷包用饭，我和她说如果小荷包内里有100元 (A状态) 晚上6点就点KFC吃，我怕她忘记了，我就先自己点了，此时，小荷包余额为50元 (B状态) 然后我的朋友疯狂星期四V我50，小荷包的钱又变回了100 (A状态)，她再点的时候，发现小荷包还是100元，她就再点了一份，就导致多点了一份KFC
  那么我们该如何解决ABA题目呢？？
在点KFC的例子当中，我们可以让他查察一下斲丧记录(版本号)，此时的100元是否是开始的100元，
由此可得，我们可以可以给value数据加上一个版本号，当线程2要修改时，不仅要value要符合预期值，同时版本号也要符合
即：
CAS操作在读取旧值的同时,也要读取版本号.
真正修改的时候,

• 如果当前版本号和读到的版本号雷同,则修改数据,并把版本号+1.
  
• 如果当前版本号高于读到的版本号.就操作失败(认为数据已经被修改过了).
  

版本号可以用自增的数值，也可以用随机的UUID，也可以使用时间戳

1. System.out.println(UUID.randomUUID());

复制代码

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