垃圾回收算法与实现系列-JVM无锁实现

导语
  为了确保多线程场景下数据安全，使用锁机制一直是一种优秀的解决方案，但是再高并发场景下，对锁的竞争可能成为性能瓶颈。为此，有出现了一种新的解决方案，被称为是非阻塞同步的方案。这种实现方式不需要使用锁，但依然可以保证高并发场景下数据的一致性，这一次就主要来说说这种不通过锁机制来实现数据安全的方案。

无锁机制

理解CAS

  基于锁的同步方式，也是一种阻塞的线程同步方式，无论是使用信号量、重入锁还是内部锁，受到核心资源的限制，不同的线程在锁竞争时总是不能避免等待，从而阻塞当前线程。为了避免出现这种问题，非阻塞同步的方式就被提出来。一种最简单的非阻塞同步的实现就是ThreadLocal，每一个线程拥有各自独立的变量副本，因此在并行计算的时候不需要相互等待。

  下面介绍的CAS( Compare And Swap) 算法是一个比较常用的无锁并发控制方法，与锁机制实现相比较，无锁算法的设计与实现都复杂的很多，但由于其非阻塞性，它对死锁问题是先天性免疫，并且线程的相互影响也远远比基于锁的方式小。更重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁的上下文交换调度带来的开销，因此它要比基于锁机制的实现方式都更有优越性。

  CAS算法的过程如下

  包含三个参数，形式为CAS(V,E,N)。其中V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V的值等于E的值得时候，才会将V的值设置为N，如果V的值和E的值不同，说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么也不做。最后CAS返回当前V的真实值。CAS操作是抱着乐观的态度进行，它总是认为自己可以完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量的时候，只有一个线程可以操作成功，其余的线程都会失败。失败的线程不会被挂起，而是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃选择。基于这样的一个操作原理，CAS操作即使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

  在硬件层面，大部分的处理器都支持了原子