学习一下CAS

最新推荐文章于 2024-06-03 15:23:39 发布

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#多线程 #线程 #并发

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场景回顾

去年我写过一篇处理系统中一个并发引起的bug提到了在高并发下如何避免数据状态不一致的问题，里面的解决方案其实已经用到了CAS的思想了。具体的场景请查看文章。

传统的锁

多线程并发修改一份共享数据的时候，通常都是使用加锁的办法，来保证共享数据的正确性和安全性。但是使用锁是有代价的。当一个线程占有了一份共享资源的锁后，其他的线程会被阻塞住，只能等待，啥事情没法干，万一拥有锁的那个线程正在等待一个I/O操作的处理结果，那么其他线程可能需要等待更长的时间。JVM实现阻塞的方式就是挂起线程，之后重新调度被挂起的线程，这样就造成了上下文切换，CPU的吞吐量就大大的降低了。线程应该是要干活的，而不是一直在等待工作或者等待别的线程释放锁。

无锁

就像之前在处理系统中一个并发引起的bug一文提到的，不使用任何锁，同样可以在高并发的情况下，保证数据的正确性。这里其实就是CAS思想的体现了。

CAS

CAS的想法很简单,它包含3个参数CAS(V,E,N)

V：将要被更新的变量的值
E : 期望的值
N : 新值

只有当V=E的时候，才将N的值赋给V，否则说明其他线程已经修改过V的值了，已经捷足先登了,当前线程无需再做任何操作，直接退出返回当前V的值。

由于没有使用到锁，同时修改数据失败的线程也没有被挂起，以致变成等待状态。

CAS硬件指令实现

CAS是属于复合操作,如何保证这种【读(read)-改(update)-写(write)】操作的原子性呢?现在的CPU都有实现CAS指令,通过硬件的方式来保证CAS操作的原子性。

备注：
CPU底层实现其实也是要用到锁的，只不过这种复合操作的原子性由硬件来维持，应用层的代码无需关心而已。

AtomicInteger

AtomicInteger类中就有一个CAS操作：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset,expect,update);
}

compareAndSet方法利用JNI调用了操作系统的原生接口来达到修改数据的目的。

CAS的ABA问题

如果数据经历过如下变化：A–>B–A,这个时候，原来的线程看到数据还是A，跟预期的一样，就会直接做修改操作。在数据状态敏感的业务场景中，这样可能导致大故障的。

可以利用乐观锁的想法，加一个版本号来做区分。

CAS优缺点

优点

无锁,就不存在死锁和线程竞争资源时被挂起的问题，提高了CPU的利用率，避免了大量的上下文切换开销

缺点

1、上面提到的ABA问题
2、只能保证操作一个共享变量的原子性，如果操作多个共享变量，则无法保证原子性(此时只能用锁的机制了)

参考文章