CAS操作號稱無鎖優化，也叫作自旋；對于一些常見的操作需要加鎖，然后jdk就提供了一些以Atomic開頭的類，這些類內部自動帶了鎖，當然這里的鎖并非是用synchronized來實現的，而是通過CAS操作來實現的；
一、下面是 AtomicInteger 的使用：
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package com.designmodal.design.juc01;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/** * @author D-L * @Classname T03_AtomicInteger * @Version 1.0 * @Description 使用 AtomicInteger 類解決常見的 多線程count++ * 其內部使用了CAS操作來保證原子性 但是不能保證多個方法連續調用都是原子性 * @Date 2020/7/21 0:35 */public class T03_AtomicInteger { //使用AtomicInteger類 AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public void m(){ for (int i = 0; i < 10000; i++) { //等同于 在 count++ 上加鎖 count.incrementAndGet(); } } public static void main(String[] args) { T03_AtomicInteger t = new T03_AtomicInteger(); List<Thread> threads = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { threads.add(new Thread(t::m , "Thread" + i)); } threads.forEach((o) -> o.start()); threads.forEach(o ->{ try { o.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); System.out.println(t.count); }} |
二、當然達到使用的級別很簡單，看一下API就好了，通過上面的小程序，下面主要來聊一聊原理：
1、通過源碼分析AtomicInteger
首先小程序中定義了一個 AtomicInteger 類型的變量count；
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AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public void add(){ count.incrementAndGet();} |
調用了AtomicInteger類中incrementAndGet();
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/** * Atomically increments by one the current value. * * @return the updated value */ public final int incrementAndGet() { return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1; } |
調用unsafe類中的 getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4)方法；
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public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); 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; } |
這里通過以上三步的操作，最終會進入Unsafe類這里調用的 compareAndSwapInt 意思就是比較然后交換，通過一個while循環，在這里轉呀轉，直到修改成功；
CAS(compareAndSwap)（比較并交換）：原來想改變的值為0 ，現在想修改成1 ，這里想做到線程安全就必須要加synchronized，現在想用另外一種方式來替換加鎖的方法，就是所謂的CAS操作；你可以把它想象成擁有三個參數的方法cas(V , Expected , NewValue); 第一個參數V是你要改的那個值，Expected第二個參數是你期望當前的值是多少（也就是如果沒有線程修改的時，這個值應該是多少，如果不是期望值那就證明有別的線程修改過），NewValue是要設置的新值;
上圖簡單模擬了CAS操作的過程，當線程1和線程2同時讀取了共享變量count = 0；在線程1修改的過程中，線程2已經將count值修改為1，那么在線程1修改的時候發現Expected值和V已經匹配不上了，證明已經有線程快我一步將count值改了（可能這里并發量大的時候已經有n多個線程已經修改過了），怎么辦呢？那我只能將我的期望值修改成V的值、newValue 在這基礎上加1，然后繼續在這自旋操作，直到修改成功，這就是自旋操作；
2、Unsafe類(java并發包底層實現的核心)
CAS操作不需要加鎖是如何做到的呢？原因就在于Unsafe這個類，這個類除了你使用反射之外，你是不能夠直接使用的，這里不能使用的原因和ClassLoader有關系，所有AtomicXXX 類內部都是CompareAndSwap / CompareAndSet（新版jdk）,這個類中存在好多native方法；
Unsafe類使Java擁有了像C語言的指針一樣操作內存空間的能力，一旦能夠直接操作內存，這也就意味著（1）不受JVM管理，也就意味著無法被GC，需要我們手動GC，稍有不慎就會出現內存泄漏。（2）Unsafe的不少方法中必須提供原始地址(內存地址)和被替換對象的地址，偏移量要自己計算，一旦出現問題就是JVM崩潰級別的異常，會導致整個JVM實例崩潰，表現為應用程序直接crash掉。（3）直接操作內存，也意味著其速度更快，在高并發的條件之下能夠很好地提高效率。
CAS：CompareAndSwap，內存偏移地址(var2)，預期值(var4)，新值(var5)。如果變量在當前時刻的值和預期值expected相等，嘗試將變量的值更新為新值(var5)。如果更新成功，返回true；否則，返回false。
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/** * CAS操作 ：Unsafe類中的本地方法 由于Java語言無法訪問操作系統底層信息（比如：底層硬件設備等）， * 這時候就需要借助C C++語言來完成了 * @param var1 對象 * @param var2 偏移量 * @param var4 期望值 * @param var5 新值 * @return 修改成功返回true 失敗返回false */ public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6); |
三、CAS操作帶來的ABA問題
ABA問題說白了就是在線程進行CAS操作過程中有多個線程對這個共享變量進行修改，有加有減，兜兜轉轉又回到起始值，這時該線程渾然不知；打個不恰當的比喻：這個過程就好像你前女友跟你分手以后，在時隔一年之后又找你復合來了，說兜兜轉轉還是覺得你好，在此期間你前女友已經換了幾個男朋友你卻渾然不知，那個好看的她穿著你喜歡的小短裙，扎著清純的馬尾辮又回來，好了言歸正傳，意思就是結果是你期望的，可是這個值是經過很多版本的。
下面簡單模擬ABA操作圖：
如何解決ABA問題呢？
如果是int類型，最終的值也是你期望的，真的是沒有所謂，你也不用去糾結這問題；如果你確實就想管一管，那就加一個版本號，做一次修改操作加一，比較檢查時連帶版本號一起檢查。
基礎類型：沒有必要管，對你真的沒有所謂；
引用類型：就像是你女朋友和你分手之后又復合，中間經歷了多少個男朋友，這個是有所謂的，這時可以通過加版本號來解決；
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