在竞争激烈的情况下,ReentrantLock与CAS的性能比较

通过源码研究发现,ReentrantLock基于AQS,AQS使用Volatile+CAS+CLH队列。实验结果显示,在高并发场景下,CAS相比ReentrantLock大约快0.7倍。

这次看了源码,发现ReentrantLock的底层实现是AQS,而AQS底层实现是Volatile+CAS+CLH队列,因此想看看ReentrantLock与CAS的性能比较,因此做了这么一组实验。

// 使用ReentrantLock
class LockRunnable implements Runnable {
    static int i = 0;

    private ReentrantLock lock;

    private int loopNumber;

    public LockRunnable(ReentrantLock lock, int loopNumber) {
        this.lock = lock;
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

    @Override
    public void run() {

        // 将加锁解锁卸载for放在内部,从而让锁的竞争变得激烈
        for (int j = 0; j < loopNumber; j++) {
            try {
                lock.lock();
                this.i++;
            }
            finally {
                lock.unlock();
            }
        }

    }
}

// 使用AtomicInteger,其底层实现是CAS
class CASRunnable implements Runnable {

    private AtomicInteger ai;

    private int loopNumber;

    public CASRunnable(AtomicInteger ai, int loopNumber) {
        this.ai = ai;
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 将incrementAndGet放在for循环内部,从而让CAS激烈,同时与Lock的数量保持一致
        for (int j = 0; j < loopNumber; j++) {
            ai.incrementAndGet();
        }
    }

}

public 
在多线程竞争激烈情况下,是否适合使用 CAS(Compare-And-Swap)技术需要根据具体场景进行权衡。CAS 是一种无锁的并发控制机制,其核心思想是通过比较并交换的方式实现原子操作,从而避免传统锁机制带来的上下文切换和阻塞开销。然而,在高并发争用环境下,CAS性能和适用性会受到一定限制。 ### 优点适用性 在低争用场景下,CAS 表现出较高的性能优势[^3]。由于无需获取锁,线程不会被阻塞,减少了线程调度的开销。例如,在使用 `AtomicInteger` 实现线程安全计数器时,CAS 能够高效地完成递增操作,适用于并发量较低的统计场景。 ### 缺点局限性 但在多线程竞争激烈情况下CAS 的效率可能显著下降。由于 CAS 操作失败后通常会进入自旋重试机制,线程会不断尝试更新值,导致 CPU 使用率升高。这种“自旋开销”在高并发环境中尤为明显,可能抵消其原本的性能优势[^3]。 此外,CAS 还存在 ABA 问题,即一个变量在被读取后又被修改再改回原值,CAS 会误认为该变量未发生变化。虽然可以通过引入版本号(如 `AtomicStampedReference`)来解决此问题,但这也会增加实现复杂度[^1]。 ### 替代方案优化策略 针对上述问题,可以考虑以下优化策略: - **结合锁机制**:在竞争激烈情况下,使用传统的同步锁(如 `synchronized` 或 `ReentrantLock`)反而可能更高效,因为其能更好地控制资源访问,减少无效的自旋尝试。 - **降低粒度**:将共享资源拆分为多个部分,分别进行 CAS 操作,以降低单个资源的竞争压力。 - **引入回退机制**:在 CAS 自旋次数达到一定阈值后,采用锁或其他机制替代,以平衡性能资源消耗。 ### Java 中的应用示例 以下是一个使用 `AtomicInteger` 实现线程安全计数器的简单示例: ```java import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Counter { private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public void increment() { while (true) { int current = count.get(); int next = current + 1; if (count.compareAndSet(current, next)) { break; } } } public int getCount() { return count.get(); } } ``` 该示例适用于低并发环境,若在高并发场景中频繁调用 `increment()` 方法,可能会因大量 CAS 失败而导致性能下降。 ### 总结 综上所述,在多线程竞争激烈情况下CAS 技术并非最优选择。应根据实际业务需求评估其适用性,并结合其他并发控制机制进行优化。对于高争用场景,适当引入锁机制或设计更细粒度的并发控制策略可能是更优解。
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