Java并发工具之CAS原理

短命女 2023-07-13 08:19 21阅读 0赞

## 1. 什么是CAS？ ##

*  CompareAndSwap：比较并交换；
 *  CAS的判断思路：认为变量V的值应该是A，如果是的话就修改为B，如果不是A，就不修改，避免多线程同时修改出错；
 *  CAS的等价代码：

public class CasDemo implements Runnable { 
    
        private volatile int value;
    
        public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) { 
            int oldValue = value;
            if (oldValue == expectedValue) { 
                value = newValue;
            }
            return oldValue;
        }
    
        @Override
        public void run() { 
            compareAndSwap(0, 1);
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            CasDemo casDemo = new CasDemo();
            Thread t1 = new Thread(casDemo);
            Thread t2 = new Thread(casDemo);
            t1.start();
            t2.start();
            t1.join();
            t2.join();
            System.out.println(casDemo.value);
        }
    
    }

## 2. CAS的应用场景 ##

- 乐观锁
    - 并发容器
    - 原子类

## 3. Java中是如何利用CAS实现原子操作的？ ##

1.  AtomicInteger加载Unsafe工具，用来直接操作内存数据；
2.  用Unsafe来实现底层操作；
3.  用volatile修饰value字段，保证可见性；  
    getAndSet源码分析：

public final int getAndSet(int newValue) { 
            return unsafe.getAndSetInt(this, valueOffset, newValue);
        }

public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4) { 
            int var5;
            do { 
                var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
            } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4));
    
            return var5;
        }

var5是旧值，compareAndSwapInt就是CAS，do-while就是自旋，所以CAS+自旋就构成了乐观锁。

## 4. Unsafe类 ##

*  Unsafe是CAS的核心类。Java无法直接访问底层操作系统，而是通过native方法来访问，JVM提供了Unsafe，提供了硬件级别的原子操作；
 *  valueOffset表示的是变量值在内存中的偏移地址，因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的原始值的，这样我们就可以通过unsafe来实现CAS了。

## 5. CAS的缺点 ##

*  ABA问题：CAS是先检查传入的值（旧值）是不是和期待值a相等，在自旋或修改的过程中，另外一个线程修改了这个旧值还原为a，当前线程误以为这个旧值没有被修改过，导致计数器等其他方面的结果错误，可以在新增一个版本号来控制操作流程来解决。
 *  自旋时间过长