CAS乐观锁

什么是悲观锁、乐观锁?

synchronized是悲观锁,这种线程一旦得到锁,其他需要锁的线程就挂起的情况就是悲观锁。

CAS操作的就是乐观锁,每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作,如果因为冲突失败就重试,直到成功为止。

1.什么是CAS
CAS(Compare And Swap)比较并替换,是线程并发运行时用到的一种技术;

2.CAS作用
乐观锁

3.CAS原理
CAS(Compare And Swap)就是将内存值更新为需要的值,但是有个条件,内存值必须与期望值相同。举个例子,内存值V、期望值A、更新值B,当V == A的时候将V更新为B。

CAS指令和具体源代码

//该方法功能是Interger类型加1
public final int getAndIncrement() {
   	 //主要看这个getAndAddInt方法
    	return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
	}

//var1 是this指针
//var2 是地址偏移量
//var4 是自增的数值,是自增1还是自增N
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        //获取内存值,这是内存值已经是旧的,假设我们称作期望值E
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        //compareAndSwapInt方法是重点,
        //var5是期望值,var5 + var4是要更新的值
        //这个操作就是调用CAS的JNI,每个线程将自己内存里的内存值M
        //与var5期望值E作比较,如果相同将内存值M更新为var5 + var4,否则做自旋操作
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

解释一下getAndAddInt方法的流程:

假设有一下情景:

A、B两个线程
jvm主内存的值1,A、B工作内存的值为1(工作内存会拷贝一份主内存的值)
当前期望值为1,做加1操作
此时var5 = 1,var4 = 1;
1.A线程将var5与工作内存值M比较,比较var5是否等于1
2.如果相同则将工作内存值修改为var5 + var4 即修改为2并同步到驻村,此时this + valueOffset指针里,示例变量value的值就是2,结束循环
3.如果不相同,则是B线程修改了主内存的值,说明B线程已经先于A线程做了加1操作,A线程没有更新成功需要继续循环,注意此时var5更新为新的内存值,假设当前的内存值是2,那么此时var5 = 2,var + var4 = 3,重复上述步骤直到成功(自旋),成功之后,内存地址中的值就改变为3

CAS优缺点

优点
非阻塞的轻量级的乐观锁,通过CPU指令实现,在资源竞争不激烈的情况下性能高,相比synchronized重量锁,synchronized会进行比较复杂的加锁、解锁和唤醒操作。

缺点
ABA问题: 线程C、D;线程D将A修改为B后又修改为A,此时C线程以为A没有改变过,java的原子类AtomicStampedReference,通过控制变量值的版本号来保证CAS的正确性。具体解决思路就是在变量前追加上版本号,每次变量更新的时候把版本号加一,那么A - B - A就会变成1A - 2B - 3A。
自旋时间过长,消耗CPU资源,如果资源竞争激烈,多线程自旋长时间消耗资源

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