你了解CAS吗?

为什么要引入CAS?

jdk引入CAS的时候,是因为之前有了synchronize,而且我们知道synchronize是一把互斥锁,非公平锁,重量级锁。现如今,互联网行业对系统的要求之一就是要满足高性能,而这里的高性能就包括,低延时和高并发。并发高意味着吞吐量大,这是现如今行业当中业务的诉求。为了满足高并发,尽可能提高系统吞吐量,这就出现了cas的操作,这种乐观锁的实现,为高性能系统提供了技术支撑。

CAS我们知道它属于JUC当中的核心,英文全称:compare and swap 或者 compare and exchange 或者 compare and set  中文意思是:比较和交换

具体实现是这样的:当一个线程 要去 改变内存中一个变量的值时,t1时刻,先将这个值读取出来,然后比较t2时刻内存中该变量的值,如果t1.value == t2.value  则 赋值为新值。否则,循环该过程,直到修改成功为止。这个过程是一个自旋的过程。我们也称之为 自旋锁

CAS有什么问题呢?

我们通过上面的实现过程,来设想下,当线程1开始做比较前,线程2把内存中的值由原来的A改为B,然后再改为A,那么再次回到t1线程开始执行比较操作,这个时候t1发现需要改的值,没有变化,所以依然可以执行成功。如果A类型为数值类型,我们说对结果没有什么影响。那么如果为引用类型呢?这就是所谓的ABA问题

ABA问题如何解决?

首先我们知道当我们比较时,比较的是值,而此值非彼值,那怎么判断这个值有没有变化,我们给这个值设置一个版本号,比较时,如果值相同,并且版本号也相同,则设置成功。否则失败。

再来看CAS的第二个问题,还是回到最上面的实现过程,当我们比较了之后,还没有交换之前,另外一个线程把内存中该变量的值改掉了,那么这个时候当前线程再执行交换操作,则线程2修改的值就会被覆盖掉,这样就无法达到我们的预期目标。怎么办?

假如比较和交换的操作如果一步完成,那不就解决了。所以jdk为我们提供了相关的类的使用。

具体用在什么地方?

我们知道,在JUC包下,jdk为我们提供了Automatic原子类的一些类库,比如,AutomaticInteger类,里面很多方法都用到了CAS方法,当我们跟代码到底层时,发现最后调用了native的CAS方法,那它具体怎么保证原子性?

这个时候我们就需要看 HotSport源码了,通过源码,我们发现底层是用C++实现的,其中调用了unsafe.compareAndExChang方法,再跟进去,我们发现底层用了汇编代码,最后到CPU层面执行就是这一条汇编指令。

lock compareAndExchange

这里的lock操作,就是我们所说的总线锁,也就是说,当多个线程去改变内存中同一变量值时,任一时刻,只会有一个线程,会在操作内存变量时,会在总线上加把锁。其余线程此时都无法访问。这就保证了一步操作完成。及就是原子性。

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