java并发之CAS

最新推荐文章于 2020-10-22 21:07:31 发布

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本文深入探讨了Java中CAS（CompareandSwap）的概念及其在AtomicInteger和AtomicLong等原子类中的应用。通过实例展示了如何利用CAS确保AtomicLong类中的getAndIncrement方法在不使用同步锁的情况下保持原子性。

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近日在研究java的同步器AQS(AbstractQueuedSynchronizer)，看jdk中这个类的源码的时候，在类似compareAndSetHead这种方法的注释中出现CAS这个东东，然后谷歌了一堆技术文章学习了下，CAS就是Compare and Swap，在AtomicInteger这种原子操作的基本类型包装类中也大量使用了CAS。

Compare and Swap，顾名思义就是先比较然后再交换，是具有原子性的操作，具体使用为：unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update)，四个参数的含义分别为当前对象，属性在内存的位置，旧的期望的值，要修改的新值；具体操作为当expect的值与内存中的值相同的时候，然后将内存值修改为update的值，否则不会做任何处理。

下面举例说明AtomicLong没有使用synchronize同步锁的情况下怎么保证数据操作的正确性。
通过定义为volatile保证可见性（volatile只能保证可见性，不能保证原子性）：

private volatile long value;

下面是获取并增加（类似于++i的操作）：

public final long getAndIncrement() {
        while (true) {
            long current = get();
            long next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return current;
        }
    }

其中就执行了CAS操作保证了原子性：

public final boolean compareAndSet(long expect, long update) {
        return unsafe.compareAndSwapLong(this, valueOffset, expect, update);
    }

整个的过程就是这样，利用CPU的CAS指令，并且使用java本地接口完成java的非堵塞算法，其他的原子操作都是类似这样的。
CAS就是通过JNI(Java Native Interface)代码实现的，此为java本地调用，可以看到这个方法调用的类是在sun.misc.Unsafe这个包下面的，而底层的实现就是通过C语言调用CPU底层来实现的。java本地方法调用的实际上就是C++的代码，其中涉及到的信息跟操作系统处理器类型有关系从而导致是否加锁操作。
总之通过CAS进行的原子操作会相当高效。