对compareAndSet方法的一点小见解

本文探讨了JavaSE8中使用AtomicLong进行线程安全数值更新的方法,指出了直接设置值的方式存在的竞争条件问题,并提供了两种解决方案:利用compareAndSet方法确保原子性和使用updateAndGet方法简化操作。

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今天在看《写给大忙人的看的Java SE 8》第6章的时候,在开头看到:

public static AtomicLong largest = new AtomicLong();
//在某些线程中
largest.set(Math.max(!largest.get(),observed));//错误--竞争条件

上面这段代码是错误的,理由是这个更新过程不是原子性的。不是原子性,也就意味着在多线程并发的情况下,有可能这个变量会被修改。对于上面那个操作,并不能说要么一次就执行成功,或者要么就不执行。

下面是对上面那段代码的修改:

do {

    oldValue = largest.get();

    newValue = Math.max(oldValue, observed);

} while (!largest.compareAndSet(oldValue, newValue));

在这个循环条件下,假设有多个线程在同时执行这段代码,即使有一个线程在产生了新值之后,它还需要让它自己产生的新值与旧值比较之后才能决定要不要这个新值。也就是说,如果oldValue是10,而产生的新值是20,然后程序还没到while的时候,有其他线程修改了newValue值,那当这个线程到while判断的时候,会出现comparAndSet方法的预期值不跟实际值一样,导致方法返回false,直到没有其他线程干扰。这时就确定了新产生的值。

另外,这Java 8中,可以直接通过与lambda表达式的配合达到此目的:

largest.updateAndGet(x -> Math.max(x, observed)):
### Java AtomicInteger `compareAndSet` 方法详解 #### 什么是 `compareAndSet`? `compareAndSet` 是 `AtomicInteger` 提供的一个核心方法,用于实现基于比较的操作。该方法接受两个参数:预期值(expected value)和新值(new value)。如果当前内存中的实际值等于预期值,则将此值更新为新值并返回 `true`;否则不会执行任何操作,并返回 `false`。 这种方法的核心在于它的原子性——整个比较和设置过程是一个不可分割的整体,在多线程环境中能够确保数据的一致性和安全性[^2]。 --- #### 方法签名 以下是 `compareAndSet` 的方法签名: ```java public final boolean compareAndSet(int expect, int update) ``` - **expect**: 预期的当前值。 - **update**: 如果期望值匹配成功,则将其替换为此新值。 - 返回值: 如果比较成功则返回 `true`,否则返回 `false`。 --- #### 工作机制 当调用 `compareAndSet(expect, update)` 时,会执行以下逻辑: 1. 获取当前的实际值(current value),即存储在底层变量中的值。 2. 将这个实际值与传入的预期值 (`expect`) 进行对比。 3. 如果两者相等,则将当前值设为新的值 (`update`) 并返回 `true`; 4. 否则不做更改,返回 `false`。 这种机制被称为“CAS” (Compare And Swap),它是无锁算法的基础之一,广泛应用于高并发环境下的状态管理[^3]。 --- #### 示例代码 下面展示了一个简单的例子,说明如何使用 `compareAndSet` 来实现线程安全的计数器: ```java import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class CASExample { private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public void increment() { int currentValue; int newValue; do { currentValue = count.get(); // 获取当前值 newValue = currentValue + 1; // 计算下一个值 } while (!count.compareAndSet(currentValue, newValue)); // 执行 CAS 操作 } public int getCount() { return count.get(); } } ``` 在这个示例中,`increment()` 方法通过循环不断尝试增加计数值。只有当 `compareAndSet` 成功时才会退出循环,这保证了即使有多个线程同时访问也不会发生竞争条件[^1]。 --- #### 实际应用场景 除了基本的计数功能外,`compareAndSet` 可以被用来构建更复杂的同步结构,比如自旋锁或者轻量级信号量。例如,可以利用它创建一个高效的 ID 生产者: ```java public class IdGenerator { private AtomicInteger id = new AtomicInteger(0); public int generateId() { return id.incrementAndGet(); // 自动递增并获取最新ID } } ``` 这里展示了另一种方式来简化计数器的设计,其中直接调用了 `incrementAndGet()` 方法完成相同的功能[^4]。 需要注意的是,虽然 `compareAndSet` 很强大,但在某些情况下可能会遇到所谓的 ABA 问题(即某个值先变为 B 再变回 A)。对于这种情况,可以考虑使用扩展类如 `AtomicStampedReference` 来引入版本号控制[^5]。 --- ### 总结 `compareAndSet` 是一种高效且可靠的工具,能够在无需显式锁定的情况下保障共享资源的安全访问。理解其内部运作原理有助于开发者更好地设计高性能的应用程序组件。 ---
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