Java并发--非阻塞同步
CAS问题引入
在并发问题中，最先想到的无疑是互斥同步，但线程阻塞和唤醒带来了很大的性能问题，同步锁的核心无非是防止共享变量并发修改带来的问题，但不是任何时候都有这样的竞争关系。
什么是CAS
CAS，比较并交换（Compare-and-Swap，CAS），如果期望值和主内存值一样，则交换要更新的值，也称乐观锁。
如线程甲从主内存中拷贝了变量A为1，在自己的线程中将副本A改为了10，当线程甲准备把这个变量更新到主内存时，如果主内存A的值不改变（期望值），还是1，那么线程甲成功更新主内存中A的值。但如果主内存A的值已经先被其他线程改掉不为1，那么线程甲不断地重试，直到成功为止（自旋）。
CAS来自哪
CAS属于J.U.C包，调用的Unsafe 类中方法，这是一种硬件支持的原子性操作，不能被打断或停止，无需互斥同步。
以AtomicInteger下的getAndAddInt方法为例，U即Unsafe类。
/**
* @param expectedValue 期望值
* @param newValue 新值
* @return 比价更新是否成功.
*/
public final int incrementAndGet() {
return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1) + 1;
}
再往下看，通过 getIntVolatile(o, offset) 得到以前的值v，通过调用 weakCompareAndSetInt() 来进行 CAS 比较，如果该字段内存地址中的值等于 v，那么就更新内存地址为 o+offset的变量为 v + delta。getAndAddInt()方法 在一个循环中进行，发生冲突的做法是不断的进行重试。
/**
* @param o 更新字段/元素的对象/数组
* @param offset 字段/元素偏移量
* @param delta 要添加的值，步长
* @return 以前的值
* @since 1.8
*/
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
int v;
do {
v = getIntVolatile(o, offset);
} while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
return v;
}
运行代码示例
线程t1,t2，同时修改主内存的一变量值，人为的让B快与A
public class TestCAS {
// 主内存atomicInteger初始值为1
public static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
public static void main(String[] args) {
// A线程计划将值改为10，先休眠2s,再比较交换
new Thread(() -> {
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("当前线程: "+Thread.currentThread().getName()+"比较交换结果："
+atomicInteger.compareAndSet(1, 10)+" 现在值为："+atomicInteger.get());
},"t1").start();
// B线程计划将值改为10，不休眠
new Thread(() -> {
System.out.println("当前线程: "+Thread.currentThread().getName()+"比较交换结果："
+atomicInteger.compareAndSet(1, 20)+" 现在值为："+atomicInteger.get());
},"t2").start();
}
}
控制台
当前线程: t2比较交换结果：true 现在值为：20
当前线程: t1比较交换结果：false 现在值为：20
这样不用加同步锁，就实现了变量的并发修改带来的问题。
如果你的好朋友向你借走了10块，第二天他又还给你了10块，如果的你的朋友只是为了买包零食，你可能不会在乎，如何他用那10块中了大奖，你可能会有些着急了...
ABA问题引入
上个代码中，存在一个问题。如：t1,t2线程都拷贝到变量atomicInteger=1，如果B线程优先级较高或运气好，第一次，t2先将atomicInteger修改为20并成功写入主内存，接着t2又拷贝到atomicInteger=20，将副本又改为1，并成功写回主内存。第三次，t1拿到主内存atomicInteger的值。可这个值已经被t2修改过两次，会有问题吗？
ABA问题
如果一个变量初次读取的时候是 A 值，它的值被改成了 B，后来又被改回为 A，那 CAS 操作就会误认为它从来没有被改变过。
ABA解决
互斥同步锁synchronized
如果项目只在乎数值是否正确， 那么ABA 问题不会影响程序并发的正确性。
J.U.C 包提供了一个带有时间戳的原子引用类
AtomicStampedReference来解决该问题，它通过控制变量的版本来保证 CAS 的正确性。
AtomicStampedReference代码示例
public class SolveCAS {
// 主内存共享变量，初始值为1，版本号为1
private static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new
AtomicStampedReference<>(1, 1);
public static void main(String[] args) {
// t1,期望将1改为10
new Thread(() -> {
// 第一次拿到的时间戳
int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 第1次时间戳："+stamp+" 值为："+atomicStampedReference.getReference());
// 休眠5s,确保t2执行完ABA操作
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
// t2将时间戳改为了3,cas失败
boolean b = atomicStampedReference.compareAndSet(1, 10, stamp, stamp + 1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" CAS是否成功："+b);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 当前最新时间戳："+atomicStampedReference.getStamp()+" 最新值为："+atomicStampedReference.getReference());
},"t1").start();
// t2进行ABA操作
new Thread(() -> {
// 第一次拿到的时间戳
int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 第1次时间戳："+stamp+" 值为："+atomicStampedReference.getReference());
// 休眠，修改前确保t1也拿到同样的副本，初始值为1
try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
// 将副本改为20，再写入，紧接着又改为1，写入，每次提升一个时间戳，中间t1没介入
atomicStampedReference.compareAndSet(1, 20, stamp, stamp + 1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 第2次时间戳："+atomicStampedReference.getStamp()+" 值为："+atomicStampedReference.getReference());
atomicStampedReference.compareAndSet(20, 1, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 第3次时间戳："+atomicStampedReference.getStamp()+" 值为："+atomicStampedReference.getReference());
},"t2").start();
}
}
控制台
t1 第1次时间戳：1 值为：1
t2 第1次时间戳：1 值为：1
t2 第2次时间戳：2 值为：20
t2 第3次时间戳：3 值为：1
t1 CAS是否成功：false
t1 当前最新时间戳：3 最新值为：1
