JAVA非阻塞同步算法与CAS无锁算法

2023年11月22日 253次阅读 来源: java锁

JDK1.5之前靠synchronized关键字保持同步，采用独占方式访问变量
乐观锁与悲观锁
独占锁是悲观锁，然而synchronized是独占锁(悲观的)，它会导致其他需要锁的线程挂起，等待那个线程释放锁
乐观锁，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，冲突失败则重试，直至成功。

volatile
1.它保证变量修改，对于任何线程是可见的，
2.它保证 指令顺序不会重新排序，保证正确顺序下去，
当volatile修饰的变量修改时，它会将其他线程的这个变量变成无效状态，使得其他线程不得不向主存中访问变量。

java中的原子操作
原子操作:在一步之内就完成而且不能被中断。原子操作在多线程环境是安全的
对于long，double类型，并不是原子类型的操作。 对于64位操作系统，要分两步，一步写32位，一步写32位。
volatile本身不保证获取和设置操作是原子性，只保证修改的可见性。然而，java内存模型保证声明volatile的long和double变量的get和set操作是原子的。
例如： private volatile long foo;

AtomicInteger 内部成员private volatile int value;
synchronized是悲观的,先获取锁，再更新
原子变量更新是乐观的

CAS无锁算法
CAS ， 是CPU指令，它是一种乐观锁技术，多个线程尝试更新同一个变量，其中一个线程更新这一个变量，其他线程操作实拍，失败线程不会挂起，而是被通知竞争失败，再次尝试。
CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，新的值B 如果 V==B那么更新值变为

//CAS比较与交换代码
do{
    备份旧值
    基于旧值构造新值(用一个新的变量存储新值) 
}while(!CAS(内存值，旧值，新值))

public final long getAndAdd(long delta) {
         while (true) {
             long current = get();
             long next = current + delta;
             if (compareAndSet(current, next))
                 return current;
         }
     }
     //

V与A比较如果V没有被修改，那么替换新值，如果被修改了内存中的值返回false，并放弃刚才的操作，然后重新再次执行，直到执行成功
对CAS的支持 AtomicInt，AtomicLong.incrementAndGet()

自旋锁
自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区。

public class SpinLock {

  private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();

  public void lock(){
    Thread current = Thread.currentThread();
    while(!sign .compareAndSet(null, current)){
    }
  }

  public void unlock (){
    Thread current = Thread.currentThread();
    sign .compareAndSet(current, null);
  }
}

使用了CAS原子操作，lock函数将owner设置为当前线程，并且预测原来的值为空。unlock函数将owner设置为null，并且预测值为当前线程。
当有第二个线程调用lock操作时由于owner值不为空，导致循环一直被执行，直至第一个线程调用unlock函数将owner设置为null，第二个线程才能进入临界区。
由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要执行，占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。

CAS例子：非阻塞栈

do{
    oldHead = head.get();
    newHead.next = oldHead;
}while(!head.compareAndSet(oldHead,newHead));

首先从头中取出头元素，然后将新的头的next指向旧的元素(此时头是newHead)，那么开始进行CAS算法，从内存中取出栈的头部和旧的头部进行比较，如果相同，进行更新，如果取出的栈头部与oldHead不同，那么撤销操作，循环不断的检测。

    原文作者：java锁
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_27602093/article/details/69201477
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