CAS详解-优快云博客

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CAS你知道吗

1 什么是CAS？

CompareAndSweep，比较并交换。

规则：如果期望值和主物理内存的值一致，则修改成功；不一致则修改失败。

2 请代码演示CAS

CASDemo：借助于原子类AtomicInteger

package com.at.cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
/**
 * @author : code1997
 * @date :2020/9/9 22:52
 *
 */
public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
        boolean flag1 = atomicInteger.compareAndSet(5, 2019);
        boolean flag2 = atomicInteger.compareAndSet(5, 2020);
        /**
         * true	 current date=2019
         * false  current date=2019
         * 工作内存中的值和主内存中值一致的时候，修改成功；如果不一致的时候，修改失败。
         */
        System.out.println(flag1+"\t current date="+atomicInteger.get());
        System.out.println(flag2+"\t current date="+atomicInteger.get());
    }
}

3 CAS底层原理?如果知道,谈谈你对UnSafe的理解

上面的小demo我们了解到原子类AtomicInteger使用到了CAS，那么我们可以通过这个类继续进行探究。

1）atomicInteger.getAndIncrement()：原子性的自增操作

/**
     * Atomically increments by one the current value.
     *
     * @return the previous value
     */
public final int getAndIncrement() {
    //valueOffset：是内存偏移量
    //??那么unsafe类是什么
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

2）UnSafe

我们在上面的代码中看到了getAndIncrement的CAS依赖于unsafe类，那么我们有必要了解unsafe，以及其中的方法：

首先什么是unsafe类？

UnSafe 是CAS的核心类，由于Java 方法无法直接访问底层内存地址，需要通过本地(native)方法来访问，UnSafe相当于一个后门，基于该类可以直接操作特定的内存数据。UnSafe类在于sun.misc包中,其内部方法操作可以向C的指针一样直接操作内存，因为Java中CAS操作依赖于UNSafe类的方法。
- UnSafe类中基本上所有的方法都是native修饰的，也就是说UnSafe类中的方法都是直接调用操作底层资源执行响应的任务。
变量ValueOffset：该变量在内存中的偏移地址，因为UnSafe就是根据内存偏移地址获取数据的，直接从物理内存中存照变量的值。
变量value被volatile修饰，保证了多线程之间的可见性。

3）getAndAddInt：该类的源码

/**
 * Atomically increments by one the current value.
 *
 * @return the previous value
 */
public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
//getAndAddInt
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        //如果cas修改值失败，则会进行自旋，当并发量大的时候会造成cpu的开销比较大。
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    return var5;
}

变量的解析：

var1：AtomicInteger对象本身。
var2：该对象值的引用地址，地址偏移量
var4：1。
var5：是用过var1 var2找出主物理中该变量实际的值。用该对象当前的值与var5比较
- 如果相同，更新var5的值并且返回true
- 如果不同,继续取值然后比较，直到更新完成。

假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作(分别在不同的CPU上):

AtomicInteger里面的value原始值为3,即主内存中AtomicInteger的value为3,根据JMM模型，线程A和线程B各自持有一份值为3的value的副本分别到各自的工作内存.
线程A通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,假如这个时候线程A被挂起.。
线程B也通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,此时刚好线程B没有被挂起并执行compareAndSwapInt方法比较内存中的值也是3，成功修改内存的值为4，线程B打完收工，一切OK。
这时线程A恢复，执行compareAndSwapInt方法比较，发现自己手里的数值和内存中的数字4不一致，说明该值已经被其他线程抢先一步修改了，那A线程修改失败，只能重新来一遍了。
线程A重新获取value值，因为变量value是volatile修饰，所以其他线程对他的修改，线程A总是能够看到，每次都从主内存中取该变量的值，线程A继续执行compareAndSwapInt方法进行比较替换,直到成功。

4 CAS本质是什么

CAS的全称为Compare-And-Swap ，它是一条CPU并发原语。它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是则更新为新的值，这个过程是原子的。 CAS并发原语体现在Java语言中就是sun.misc.UnSafe类中的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法，JVM会帮我们实现CAS汇编指令，这是一种完全依赖于硬件功能，通过它实现了原子操作。再次强调,由于CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用于范畴，是由若干条指令组成,用于完成某个功能的一个过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许中断，也即是说CAS是一条原子指令，不会造成所谓的数据不一致的问题。