(转)java CAS原语

本文深入探讨了Java中的锁机制,包括悲观锁(synchronized关键字)和乐观锁(CAS)。解释了这两种锁的工作原理及其应用场景,并介绍了volatile类型的特性,以及它如何帮助减少并发冲突。

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java 中的synchronized关键字是悲观锁 也叫独占锁 
所谓悲观锁就是某一线程独占资源,其他线程只能干等着,这种锁在高并发中性能很差 

还有一种实现锁的方式是乐观锁 
乐观锁实际上并不加锁,当计算遇到冲突或者说前后不一致时会重试 直到成功 

乐观锁采用的机制叫CAS compare and swap 
CAS有3个操作数 内存值V 要跟内存值做比较的值A 和 新值 B 
其操作逻辑为 

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  1. while(true){  
  2. if(V == A){  
  3.    V = B;  
  4.    return ;  
  5. }else{  
  6.    A = V;  
  7. }  
  8. }  

 

CAS的操作对象为volatile类型 
volatile类型变量是:CPU直接读写变量所在的内存 而不是把变量copy到寄存器操作 
这样对变量的操作所有线程都是可见的 
这样做的结果是减少了并发时冲突的概率 但不能完全避免

 

  1. volatile类型:  
  2. 根据Java Language Specification中的说明, jvm系统中存在一个主内存(Main Memory或Java Heap Memory),Java中所有变量都储存在主存中,对于所有线程都是共享的。  
  3.   
  4. 每条线程都有自己的工作内存(Working Memory),工作内存中保存的是主存中某些变量的拷贝,线程对所有变量的操作都是在工作内存中进行,线程之间无法相互直接访问,变量传递均需要通过主存完成。  
  5.   
  6. 所以,同一变量的值在工作内存和主存中可能不一致。volatile其实是告诉处理器, 不要将我放入工作内存, 请直接在主存操作我。  

 

 

转自:http://xuliangyong.iteye.com/blog/709811   版权归原创作者所有。

 

### CAS (Compare-And-Swap) 实现与应用 在Java中,CAS机制通过`Unsafe`类提供底层支持。此功能允许开发者执行原子操作而不必依赖传统的锁定机制。具体来说,在JDK1.5之后版本里,Java提供了对CAS原语的支持,使得可以在整型、长整型以及对象引用上直接调用这些方法,并由虚拟机将其换成最适合当前硬件环境下的机器码[^2]。 对于`AtomicInteger`这样的类而言,其内部实现了基于CAS的增量逻辑: ```java public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable { private volatile int value; public final int getAndIncrement() { for (;;) { int current = get(); int next = current + 1; if (compareAndSet(current, next)) return current; } } protected final boolean compareAndSet(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); } } ``` 上述代码展示了如何利用循环加条件判断的方式完成一次安全可靠的数值增加过程。每当尝试更新变量值时,先读取现有值作为期望旧值(expect),计算出新的目标值(update),接着调用`unsafe.compareAndSwapInt()`来进行实际替换工作——只有当内存地址处的实际值等于预期旧值时才会真正写入新值并返回true表示成功;反之则意味着期间发生了竞争状况,此时需重试整个流程直至最终达成一致状态[^3]。 值得注意的是,尽管大多数时候CAS可以显著提高多线程环境下程序性能,但在某些极端场景下也可能引发问题,例如ABA问题或是由于频繁失败而导致过多消耗CPU资源等问题。不过这些问题都有相应解决办法,如采用带有版本号标记的对象封装原有数据结构来规避ABA现象影响等措施[^4]。 #### 关键特性总结 - **高效性**: 对于轻度至中度的竞争情况,非阻塞算法能够减少因等待锁释放所带来的延迟,从而获得更好的吞吐量表现。 - **低开销**: 当不存在竞态条件时,CAS所需的代价远低于传统互斥锁所必需的一系列复杂处理步骤。 - **平台相关性**: JVM会依据宿主机体系结构特点自动选择最优实现方式,确保跨不同设备间具有一致的行为特征。
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