一、锁的劣势
锁定后如果未释放，再次请求锁时会造成阻塞，多线程调度通常遇到阻塞会进行上下文切换，造成更多的开销。
在挂起与恢复线程等过程中存在着很大的开销，并且通常存在着较长时间的中断。
锁可能导致优先级反转，即使较高优先级的线程可以抢先执行，但仍然需要等待锁被释放，从而导致它的优先级会降至低优先级线程的级别。
处理器填写了一些特殊指令，例如：比较并交换、关联加载/条件存储。
1 比较并交换
CAS的含义是：“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不需要修改告诉V的值实际为多少”。CAS是一项乐观锁技术。
模拟CAS操作例子：
[java]view plaincopy
@ ThreadSafe
publicclassSimulatedCAS {
@ GuardeBy("this")privateintvalue ;
publicsynchronizedintget(){
returnvalue ;
}
publicsynchronizedintcompareAndSwap(intexpectedValue,intnewValue){
intoldValue = value ;
if(oldValue == expectedValue)
value = newValue;
returnoldValue;
}
publicsynchronizedbooleancompareAndSet(intexpectedValue,intnewValue){
return(expectedValue == compareAndSwap(expectedValue, newValue));
}
}
2 非阻塞的计数器
基于CAS实现的非阻塞计数器
[java]view plaincopy
@ ThreadSafe
publicclassCasCounter {
privateSimulatedCAS value ;
publicintgetValue(){
returnvalue .get();
}
publicintincrement(){
intv;
do{
v = value .get();
}while(v != value .compareAndSwap(v, v +1));
returnv +1;
}
}
CAS的主要缺点是：它将使调度者处理竞争问题（通过重试、回退、放弃），而在使用锁中能自动处理竞争问题（线程在获得锁之前将一直阻塞）。
3 JVM对CAS的支持
[java]view plaincopy
java.util.concurrent.atomic 类的小工具包，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。
AtomicBoolean 可以用原子方式更新的boolean值。
AtomicInteger 可以用原子方式更新的int值。
AtomicIntegerArray 可以用原子方式更新其元素的int数组。
AtomicIntegerFieldUpdater 基于反射的实用工具，可以对指定类的指定volatileint字段进行原子更新。
AtomicLong 可以用原子方式更新的long值。
AtomicLongArray 可以用原子方式更新其元素的long数组。
AtomicLongFieldUpdater 基于反射的实用工具，可以对指定类的指定volatilelong字段进行原子更新。
AtomicMarkableReference AtomicMarkableReference 维护带有标记位的对象引用，可以原子方式对其进行更新。
AtomicReference 可以用原子方式更新的对象引用。
AtomicReferenceArray 可以用原子方式更新其元素的对象引用数组。
AtomicReferenceFieldUpdater 基于反射的实用工具，可以对指定类的指定volatile字段进行原子更新。
AtomicStampedReference AtomicStampedReference 维护带有整数“标志”的对象引用，可以用原子方式对其进行更新。
1 原子变量是一种“更好的volatile”
通过CAS来维持包含多个变量的不变性条件例子：
[java]view plaincopy
importjava.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
publicclassCasNumberRange {
privatestaticclassIntPair{
finalintlower ;// 不变性条件: lower <= upper
finalintupper ;
publicIntPair(intlower,intupper) {
this.lower = lower;
this.upper = upper;
}
}
privatefinalAtomicReference values =
newAtomicReference(newIntPair(0,0));
publicintgetLower(){
returnvalues .get(). lower;
}
publicintgetUpper(){
returnvalues .get(). upper;
}
publicvoidsetLower(inti){
while(true){
IntPair oldv = values .get();
if(i > oldv.upper ){
thrownewIllegalArgumentException("Cant't set lower to "+ i +" > upper");
}
IntPair newv =newIntPair(i, oldv.upper );
if(values .compareAndSet(oldv, newv)){
return;
}
}
}
// 对setUpper采用类似的方法
}
2 性能比较：锁与原子变量
使用ReentrantLock、AtomicInteger、ThreadLocal比较，通常情况下效率排序是ThreadLocal > AtomicInteger > ReentrantLock。
1 非阻塞的栈
[java]view plaincopy
importjava.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
publicclassConcurrentStack {
privateAtomicReference> top =newAtomicReference>();
publicvoidpush(E item){
Node newHead =newNode(item);
Node oldHead;
do{
oldHead = top .get();
newHead. next = oldHead;
}while(!top .compareAndSet(oldHead, newHead));
}
publicE pop(){
Node oldHead;
Node newHead;
do{
oldHead = top .get();
if(oldHead ==null) {
returnnull;
}
newHead = oldHead. next ;
}while(!top .compareAndSet(oldHead, newHead));
returnoldHead.item ;
}
privatestaticclassNode{
publicfinalE item;
publicNode next ;
publicNode(E item){
this.item = item;
}
}
}
2 非阻塞的链表
CAS基本使用模式：在更新某个值时存在不确定性，以及在更新失败时重新尝试。
[java]view plaincopy
importjava.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
@ ThreadSafe
publicclassLinkedQueue {
privatestaticclassNode{
finalE item;
finalAtomicReference> next;
publicNode(E item, Node next){
this.item = item;
this.next =newAtomicReference>(next);
}
}
privatefinalNode dummy =newNode(null,null);
privatefinalAtomicReference> head =
newAtomicReference>(dummy);
privatefinalAtomicReference> tail =
newAtomicReference>(dummy);
publicbooleanput(E item){
Node newNode =newNode(item,null);
while(true){
Node curTail = tail.get();
Node tailNext = curTail.next.get();
if(curTail == tail.get()){
if(tailNext !=null){
// 队列处于中间状态，推进尾节点
tail.compareAndSet(curTail, tailNext);
}else{
// 处于稳定状态, 尝试插入新节点
if(curTail.next.compareAndSet(null, newNode)){
// 插入操作成功，尝试推进尾节点
tail.compareAndSet(curTail, tailNext);
returntrue;
}
}
}
}
}
}
3 原子的域更新器
原子的域更新器类表示有volatile域的一种基于反射的“视图”，从而能够在已有的volatile域上使用CAS
[java]view plaincopy
privatestaticclassNode{
privatefinalE item;
privatevolatileNode next;
publicNode(E item){
this.item = item;
}
}
privatestaticAtomicReferenceFieldUpdater nextUpdater
= AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(Node.class, Node.class,"next");
4 ABA问题
处理V的值首先由A变成B，再由B变成A的问题。
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