CAS、ABA - AtomicInteger 源码解析,自旋锁实现,以及 ABA 问题详解

目录

一、CAS

1.1、CAS 概述

1.2、AtomicInteger 的 getAndIncrement 源码解析

1.3、CAS 实现自旋锁

二、ABA

2.1、ABA 问题概述

2.2、如何解决ABA问题?


一、CAS


1.1、CAS 概述

        CAS(Compare-and-Swap)顾名思义,叫做比较和交换,大概执行过程是什么样呢?假设现有两个寄存器A、B和一个内存M,通过对寄存器A中的值与内存M的值进行比较是否相同,来决定寄存器B中的值是否与内存中M的值进行交换,若不相同则不会发生什么,若相同则将寄存器B的值与内存M的值进行交换;

1.2、AtomicInteger 的 getAndIncrement 源码解析

AtomicInteger 类中的 getAndIncrement 方法,用来自增1 的,并且是线程安全的.  为了可读性,将源码转化成了以下伪代码:

class AtomicInteger {
    private int value;
    public int getAndIncrement() {
        int oldValue = value;
  
### 3.1 CAS自旋锁的关系 CAS(Compare-And-Swap)是一种底层的原子操作机制,通常由 CPU 指令直接支持,用于实现多线程环境下的无锁同步。它通过比较并交换两个值的方式,确保在并发操作中数据的一致性[^1]。CAS 本身并不是一种锁,而是一种构建锁机制的基础工具。 自旋锁是一种基于 CAS 实现的同步机制。其核心思想是,当线程尝试获取锁失败时,不会立即进入阻塞状态,而是通过循环不断尝试获取锁,直到成功为止。这种方式减少了线程上下文切换的开销,但会增加 CPU 的使用率[^2]。 ### 3.2 CAS 是否属于自旋锁机制 CAS 本身不属于自旋锁,但它是实现自旋锁的基础。自旋锁实现通常依赖于 CAS 操作来判断和更新锁的状态。例如,在一个简单的自旋锁实现中,线程会通过 CAS 操作尝试将锁的状态从“未锁定”(如 0)更改为“已锁定”(如 1)。如果操作失败,线程会继续循环尝试,直到成功获取锁为止。以下是基于 CAS自旋锁实现示例: ```java public class SpinLock { private AtomicInteger lock = new AtomicInteger(0); public void lock() { while (!lock.compareAndSet(0, 1)) { // 自旋等待 } } public void unlock() { lock.set(0); } } ``` 上述代码中,`compareAndSet`方法是基于 CAS 实现的原子操作,用于确保锁的获取和释放具有原子性[^3]。 ### 3.3 CAS自旋锁的优缺点 CAS自旋锁都属于乐观并发控制的范畴,适用于低竞争场景[^1]。它们的优点包括减少线程阻塞和上下文切换的开销,从而提高性能。然而,它们也存在一些缺点: - **CAS 的缺点**:在高竞争场景下,CAS 操作可能会频繁失败,导致性能下降。此外,CAS 无法解决“ABA 问题”,即一个值被修改后又恢复为原始值,可能导致错误的判断。 - **自旋锁的缺点**:由于线程在等待锁时会持续循环,因此会消耗较多的 CPU 资源,尤其在锁竞争激烈或持有锁时间较长的情况下。 ###
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