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
  
• 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和可见性.

• 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:

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(); 
}