高并发之 CAS的使用和底层原理

最新推荐文章于 2025-03-18 17:09:01 发布

是小晴晴呀

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分类专栏：面试题讲解文章标签： java 开发语言 cas

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_52252193/article/details/124572029

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本文介绍了在多线程环境下，Java的Atomic原子操作类为何引入及其实现原理，通过CAS（Compare And Swap）无锁算法确保并发安全。Atomic类提供了比synchronized更好的性能，其底层由Unsafe类支持，Unsafe类提供了直接操作内存的能力，包括对象字段、数组、内存分配等。然而，CAS存在CPU开销大、不能保证代码块原子性和ABA问题等缺点。

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CAS

在了解CAS之前，我们要先要了解一下atomic(java.util.concurrent.atomic),为什么在jdk1.5开始引入了atomic包呢？

Atomic
1、为什么要使用Atomic类
在多线程和高并发环境中，我们经常会对一个int型的共享变量值进行+1或-1操作，例如：

int count = 0;
// ...
count ++;

但是这种写法，在多线程共同修改共享变量的情况下，会出现问题，导致实际值和预期值不符，即上面的代码是线程不安全的。因此我们需要实现线程的同步。通常的做法就是使用synchronized关键字修饰相关方法，或对代码块加锁。

package com.guigu.JMM;


import jdk.nashorn.internal.ir.CallNode;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * @author xff
 * @createTime 2022/5/3 18:32
 *
 * volatile 是虚拟机提供的轻量级的同步机制 -->可见性，不保证原子性，禁止指令重排
 *    低配版的synchronized
 * jmm 内存模型， -->可见性（线程副本的变量更改通知主内存，可做到线程通信）
 *                 原子性，(不可分割，完整性，某个线程在运行，不能被打扰，同时成功，同时失败)
 *                 有序性
 *
 *
 */

class MyDate{
 volatile int  number=0;  //初始值0 没有可见性 volatile   加了之后就可见了相当于锁syn....
    //使用guc 的atomicInteger 保证原子性的方法
    AtomicInteger atomicInteger =  new AtomicInteger();
    public void update(){
        this.number=60; //更新值的函数
    }

    public  void addPlusPlus(){ // 加了volatile关键字，验证不保证原子性
           //加了synchronized 锁，才能保证原子性 但是太重量级
        //那么如何解决呢？  使用guc 的atomicInteger
        number++;  //i++ 是三步做的操作
            //拿到值， 做操作，写入主内存
    }


    public void addMydateAtomic(){
        atomicInteger.getAndIncrement();
         //相当于 i++
    }

}

/**
 * 下面验证可见性 （number没有加volatile 关键字可见性修饰
 *     main  主线程
 *     aaa   线程
 *    刚开始共用 mydate 数据number aaa修改   主不可见
 *
 *  验证原子性 （添加了volatile)
 */
public class  Volatile {
    public static void main(String[] args) {  //主线程

         MyDate myDate = new MyDate();
         //开多个线程 进行 number的相加
        for (int i = 1; i <=20; i++) {
            new Thread(  //20个线程 ，一个线程调用 100次
                    () ->{
                        for (int j = 0; j < 1000; j++){
                            myDate.addPlusPlus();
                            myDate.addMydateAtomic();
                        }
                    },String.valueOf(i)).start();
               }

        //等待上面的线程执行完之后，主线程在做操作
        while (Thread.activeCount()>2){
             // 一个main，一个gc
            Thread.yield(); //线程让步
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "  number "+myDate.number);