CompareAndSet(CAS)学习笔记

最新推荐文章于 2022-12-03 18:03:10 发布

原创最新推荐文章于 2022-12-03 18:03:10 发布 · 7.8k 阅读

6 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#CAS #JDK

Java基础专栏收录该内容

4 篇文章

订阅专栏

本文介绍了CAS（Compare And Set）机制，一种用于解决多线程环境下锁导致性能下降的策略。CAS涉及三个操作数：内存位置、预期原值和新值。当内存位置值与预期原值匹配时，新值会被原子性地更新。在Java的`AtomicInteger`中，`compareAndSet`方法实现了这一机制。虽然CAS能提高性能，但存在ABA问题，使用时需谨慎。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Compare And Set，直译过来就是比较并设值，解决多线程并行情况下使用锁造成性能损耗的一种机制，CAS操作包含三个操作数—内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在CAS指令之前返回该位置的值。CAS有效地说明了“我认为位置V应该包含值A；如果包含该值，则将B放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。

下面这个方法是concurrent并发包下atomic.AtomicInteger中实现的CAS方法（jdk8）

翻译一下注释：如果当前值等于预期值，原子操作将值设置为给定的更新值。expect为预期值，update为待更新值。

   /**
     * Atomically sets the value to the given updated value
     * if the current value {@code ==} the expected value.
     *
     * @param expect the expected value
     * @param update the new value
     * @return {@code true} if successful. False return indicates that
     * the actual value was not equal to the expected value.
     */
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

再深入看看compareAndSwapInt方法是发现是一个native方法，native方法是用其他语言编写的。

  public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

我们知道 i++,++i都不是原子操作，AtomicInteger中提供了原子操作的i++和++i;都使用了compareAndSwapInt方法。

 //i++
 public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
 }

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;
}

val1是内存中的值，var2是偏移量，var5是预期值，var5+var4是更新值。程序一直循环直到预期值与真实值相等并将真实值设置为更新值，并返回原值；Java8版本里的getAndIncrement看着比较难懂，我找了一个低版本的方法。

//i++
public final int getAndIncrement() {
    for (;;) {//一直循环直到CAS成功
        int current = get();//获取当前值（预期值）
        int next = current + 1; //当前值+1（更新值）
        if (compareAndSet(current, next))//如果预期值current与内存值相等，设置新值
            return current;//返回新增之前的值
    }
}

低版本方法中参数比较少，更容易理解。CAS在无锁的情况下实现原子操作，提高了程序的性能，但是在部分情况下回出现ABA问题，在使用时还是需要仔细斟酌。