Java 多线程 --- 线程同步 CAS机制与Java原子类
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2024-06-02 10:11:16
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Java 多线程 --- 线程同步 CAS机制与Java原子类

  • CAS机制
    • 为什么使用CAS机制
    • CAS机制原理
  • Java 原子变量类

CAS机制

为什么使用CAS机制

public void incremnt() {sychronized(this) {count++;}
}
  • 实际上,这里使用锁来保障原子性显得有点杀鸡用牛刀的样子.
  • 锁固然是功能最强大适用范围也很广泛的同步机制,但是毕竟它的开销也是最大的。另外,volatile 虽然开销小一点,但是它无法保障“count++”这种自增操作的原子性.
  • 事实上,保障像自增这种比较简单的操作的原子性我们有更好的选择-CAS.

CAS机制原理

  • CAS的全称是Compare-and-Swap,也就是比较并交换,它包含了三个参数:V,A,B.
  • V表示要读写的内存位置,A表示旧的预期值,B表示新值
  • 具体的机制是,当执行CAS指令的时候,只有当V的值等于预期值A时,才会把V的值改为B,如果V和A不同,有可能是其他的线程修改了,这个时候,执行CAS的线程就会不断的循环重试,直到能成功更新为止
    在这里插入图片描述
  • CAS可以保证 共享变量更新 这个操作的原子性, 但是不保证可见性

CAS机制的实现

//伪代码
//V为维护的共享变量
//A为old value
//B为new value
boolean compareAndSwap(Variable V, Object A, Object B) {if (A == v.get()) ( // check:检查变量值是否被其他线程修改过v.set(B);// act:更新变量值return true;//更新成功}return false;//变量值已被其他线程修改,更新失败
}

使用CAS改写Increment

public class CASBasedCounter {//需要注意的是,CAS 只是保障了共享变量更新这个操作的原子性,它并不保障可见, 因此,在上述代码中我们仍然采用 volatile 修饰共享变量 count。private volatile long count;public long vaule() (return count;}public void increment() {long oldValue;long newValue;do {oldValue = count;// 读取共享变量的当前值newValue = oldvalue + 1;// 计算共享变量的新值} while (compareAndSwap(oldValue,newValue));  //调用CAS

优缺点

  • CAS算是比较高效的并发控制手段,不会阻塞其他线程, 避免了线程上下文切换带来的开销.
  • 但是,这样的更新方式是存在问题的,看流程就知道了,如果C的结果一直跟预期的结果不一样的话,线程A就会一直不断的循环重试,重试次数太多的话对CPU也是一笔不小的开销.
  • CAS的ABA问题
  • CAS还有个问题就是ABA问题,比如第一次拿到内存里的值时是A,然后被其他线程修改为B, 然后又修改为A, 而此时去比较内存里的值会发现没有变,但是实际上还是有改动.
  • 举个通俗点的例子,你倒了一杯水放桌子上,干了点别的事,然后同事把你水喝了又给你重新倒了一杯水,你回来看水还在,拿起来就喝,如果你不管水中间被人喝过,只关心水还在,还好; 但是假若你是一个比较讲卫生的人,那你肯定就不高兴了.
  • ABA问题的解决思路: 使用版本号。在变量前面追加上版本号, 每次变量更新的时候把版本号加1,那么A→B→A就会变成1A→2B→3A了

Java 原子变量类

  • 原子变量类(Atomics)是基于CAS 实现的能够保障对共享变量进行 read-modify-write更新操作, 例如自增操作“count++”
  • 原子变量类可以保证原子性可见性.
  • 原子变量类的内部实现通常借助一个 volatile变量保证可见性, 并通过CAS保证原子性
  • 原子变量类一共有 12 个,可以被分为4组,如下:
分组
基础数据型AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean
数组型AtomicIntegerArray , AtomicLongArray, AtomicReferenceArray
字段更新器AtomicIntegerFieldUpdater, AtomicLongFieldUpdater, AtomicReferenceFieldUpdater
引用型AtomicReference, AtomicStampedReference, AtomicMarkableReference

Example:

//记录请求总数
private final AtomicLong requestCount = new AtomicLong(0);
// 记录处理成功总数
private final AtomicLong successCount = new AtomicLonq(0);
// 记录处理失败总数
private final AtomicLong failureCount = new AtomicLong(0);public void newRequestReceived() {//使总请求数增加1。 这里无须加锁requestCount.incrementAndGet();
}
public void newRequestProcessed() {//使总请求数增加 1。 这里无须加锁successCount.incrementAndGet();
}
public void requestProcessedFailed() { //使总请求数增加 1。 这里无须加锁failureCount.incrementAndGet(); 
}

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