Java乐观锁实现之CAS操作

2023年7月16日 182次阅读 来源: 九·思

介绍CAS操作前，我们先简单看一下乐观锁 与 悲观锁这两个常见的锁概念。

悲观锁：

　　从Java多线程角度，存在着“可见性、原子性、有序性”三个问题，悲观锁就是假设在实际情况中存在着多线程对同一共享的竞争，所以在操作前先占有共享资源（悲观态度）。因此，悲观锁是阻塞，独占的，存在着频繁的线程上下文切换，对资源消耗较大。synchronized就是悲观锁的一种实现。

乐观锁：

　　如名一样，每次操作都认为不会发生冲突，尝试执行，并检测结果是否正确。如果正确则执行成功，否则说明发生了冲突，回退再重新尝试。乐观锁的过程可以分为两步：冲突检测 和 数据更新。在Java多线程中乐观锁一个常见实现即：CAS操作。

 

CAS

　　CAS,(Compare-And-Swap,比较和替换)。其具有三个操作数：内存地址V，旧的预期值A，新的预期值B。当V中的值和A相同时，则用新值B替换V中的值，否则不执行更新。（PS：上述的操作是原子性的，因为过程是：要么执行更新，要么不更新）

　　在JDK1.5新增的java.util.concurrent(J.U.C) 就是建立在CAS操作上的。CAS是一种非阻塞的实现（PS：乐观锁采用一种 “自旋锁”的技术，其原理是：如果存在竞争，则没有获得资源的线程不立即挂起，而是采用让线程执行一个忙循环（自旋）的方式，等待一段时间看是否能获得锁，如果超出规定时间再挂起），所以J.U.C在性能上有很大的提升。下面以J.U.C下的AtomicInteger的部分源码为例，看一下CAS的过程究竟如何。

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
    private volatile int value;

    public final int get() {
        return value;
    }

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }
　　// CAS操作
    public final int getAndIncrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

}

　　以上截取自AtomicInteger的部分源码。CAS操作的核心就在 getAndIncrement()方法中，在此方法调用的compareAndSet(int expect , int update) 的两个参数可知，当current值符合expect时，用next替换了current。如果不符合，则在for中不断尝试知道成功为止。在这里的步骤，就相当于一个原子性的 ++i 了。（PS: 单纯的 ++i 不具备原子性）

　　其中，compareAndSet方法的实现得益于硬件的发展：多条步骤的操作行为可以通过一条指令完成。（在此是利用JNI来完成CPU指令的操作）

　

 

CAS存在的问题

1. ABA问题

　ABA问题值，内存地址V的值是A，线程one从V中取出了A，此时线程two也从V中取出了A，同时将A修改为B，但是又因为一些原因修改为A。而此时线程one仍看到V中的值为A，认为没有发生变化，此为ABA问题。解决ABA问题一种方式是通过版本号（version）。每次执行数据修改时，都需要带上版本号，如：1A，2B，3A。通过比较版本号可知是否有发生过操作，也就解决了ABA问题。　　

2. 未知的等待时长

　　因为CAS采取失败重试的策略，所以不确定会发生多少次循环重试。如果在竞争激烈的环境下，其重试次数可能大幅增加。此时效率也就降低了。

 

总结

　　乐观锁、悲观锁是一种思想，CAS是乐观锁的一种实现。前者是非阻塞同步，非独占，而后者是阻塞同步，独占锁。在可预知的情况下，如果竞争冲突发生较少，乐观锁是个不错的选择。而如果竞争激烈，悲观锁应得到考虑。

　　关于对象的创建分配内存，因为多线程分配对象空间并不安全，如分配A,B两对象，当给A分配内存时，指针还没修改，就切换到给B分配同一块内存，引发错误。其中一种解决方法就是通过底层的CAS操作来保证分配的原子性。

 

　

如有错误，敬请斧正，以防误导他人。

参考：http://www.importnew.com/20472.html

　　

　

 

    原文作者：九·思
    原文地址: https://www.cnblogs.com/lingz/p/9522616.html
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