CAS以及自旋锁原理分析

2024-07-07 12:29:27

CAS是什么

CAS ===> CompareAndSet 比较并交换
如果线程的期望值与物理内存的真实值一样，将修改为更新值并返回true，如不同，则修改失败，这时需要重新获得主物理内存的真实值。

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2019);
atomicInteger.compareAndSet(2019,2020);

结果为true，真实值被更新为2020
再输入：

atomicInteger.compareAndSet(2019,1111);

结果为false，期望值已经不是2019，而是刚才更新的2020

CAS的底层原理

CAS的全称为Compare-And-Swap，它是一条CPU并发原语。它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的。

Unsafe类+自旋锁

public final int getAndIncrement(){return unsafe.getAndAddInt(this,valueoffset,1);
}

unsafe类来自jre–>lib–>rt.jar–>sun.misc.unsafe
unsafe类大部分为native方法，让Java直接操作底层原语的CPU指令，所以可以保证原子性。

自旋锁：

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

如果比对不成功，则一直自旋直到成功为止。

CAS的缺点

1.循环时间长，CPU开销很大
2.只能保证一个共享变量的原子操作

对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候可以用锁来保证原子性

3.ABA问题

“狸猫换太子”

CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据并在当下时刻比较并替换，那么在这个时间差内会导致数据的变化，有猫腻。

例如：一个线程One从内存位置V中取出A，这时候另一个线程Two也从内存中取出A，并且线程Two进行了一些操作将值变成了B，并且Two马上又将V位置的数据变回A，这时候One线程进行CAS操作发现内存中仍然是A，One操作成功，但这个A是经历过了ABA这么一个过程的A，尽管One的CAS操作成功，但是不代表这个过程就是没有问题的。

原子引用解决ABA问题

在原子引用上使用带时间戳的原子引用类。即AtomicStampedReference类。

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