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1. 悲觀鎖與樂觀鎖

我們都知道，cpu是時分復用的，也就是把cpu的時間片，分配給不同的thread/process輪流執行，時間片與時間片之間，需要進行cpu切換，也就是會發生進程的切換。切換涉及到清空寄存器，緩存數據。然后重新加載新的thread所需數據。當一個線程被掛起時，加入到阻塞隊列，在一定的時間或條件下，在通過notify()，notifyAll()喚醒回來。在某個資源不可用的時候，就將cpu讓出，把當前等待線程切換為阻塞狀態。等到資源(比如一個共享數據）可用了，那么就將線程喚醒，讓他進入runnable狀態等待cpu調度。這就是典型的悲觀鎖的實現。獨占鎖是一種悲觀鎖，synchronized就是一種獨占鎖，它假設最壞的情況，并且只有在確保其它線程不會造成干擾的情況下執行，會導致其它所有需要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。

但是，由于在進程掛起和恢復執行過程中存在著很大的開銷。當一個線程正在等待鎖時，它不能做任何事，所以悲觀鎖有很大的缺點。舉個例子，如果一個線程需要某個資源，但是這個資源的占用時間很短，當線程第一次搶占這個資源時，可能這個資源被占用，如果此時掛起這個線程，可能立刻就發現資源可用，然后又需要花費很長的時間重新搶占鎖，時間代價就會非常的高。

所以就有了樂觀鎖的概念，他的核心思路就是，每次不加鎖而是假設沒有沖突而去完成某項操作，如果因為沖突失敗就重試，直到成功為止。在上面的例子中，某個線程可以不讓出cpu,而是一直while循環，如果失敗就重試，直到成功為止。所以，當數據爭用不嚴重時，樂觀鎖效果更好。比如CAS就是一種樂觀鎖思想的應用。

2. ? java中CAS的實現

CAS就是Compare and Swap的意思，比較并操作。很多的cpu直接支持CAS指令。CAS是項樂觀鎖技術，當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，并可以再次嘗試。CAS有3個操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改為B，否則什么都不做。

JDK1.5中引入了底層的支持，在int、long和對象的引用等類型上都公開了CAS的操作，并且JVM把它們編譯為底層硬件提供的最有效的方法，在運行CAS的平臺上，運行時把它們編譯為相應的機器指令。在Java.util.concurrent.atomic包下面的所有的原子變量類型中，比如AtomicInteger，都使用了這些底層的JVM支持為數字類型的引用類型提供一種高效的CAS操作。

在CAS操作中，會出現ABA問題。就是如果V的值先由A變成B，再由B變成A，那么仍然認為是發生了變化，并需要重新執行算法中的步驟。有簡單的解決方案：不是更新某個引用的值，而是更新兩個值，包括一個引用和一個版本號，即使這個值由A變為B，然后為變為A，版本號也是不同的。AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference支持在兩個變量上執行原子的條件更新。AtomicStampedReference更新一個“對象-引用”二元組，通過在引用上加上“版本號”，從而避免ABA問題，AtomicMarkableReference將更新一個“對象引用-布爾值”的二元組。

3. ?AtomicInteger的實現。

AtomicInteger 是一個支持原子操作的 Integer 類，就是保證對AtomicInteger類型變量的增加和減少操作是原子性的，不會出現多個線程下的數據不一致問題。如果不使用 AtomicInteger，要實現一個按順序獲取的 ID，就必須在每次獲取時進行加鎖操作，以避免出現并發時獲取到同樣的 ID 的現象。

接下來通過源代碼來看AtomicInteger具體是如何實現的原子操作。

首先看incrementAndGet() 方法，下面是具體的代碼。

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public final int incrementAndGet() {? ????????for (;;) {? ????????????int current = get();? ????????????int next = current + 1;? ????????????if (compareAndSet(current, next))? ????????????????return next;? ????????}? ????}

通過源碼，可以知道，這個方法的做法為先獲取到當前的 value 屬性值，然后將 value 加 1，賦值給一個局部的 next 變量，然而，這兩步都是非線程安全的，但是內部有一個死循環，不斷去做compareAndSet操作，直到成功為止，也就是修改的根本在compareAndSet方法里面，compareAndSet()方法的代碼如下：

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public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {? ????????return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);? ????}

compareAndSet()方法調用的compareAndSwapInt()方法的聲明如下，是一個native方法。

publicfinal native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, intvar5);

compareAndSet 傳入的為執行方法時獲取到的 value 屬性值，next 為加 1 后的值， compareAndSet所做的為調用 Sun 的 UnSafe 的 compareAndSwapInt 方法來完成，此方法為 native 方法，compareAndSwapInt 基于的是CPU 的 CAS指令來實現的。所以基于 CAS 的操作可認為是無阻塞的，一個線程的失敗或掛起不會引起其它線程也失敗或掛起。并且由于 CAS 操作是 CPU 原語，所以性能比較好。

類似的，還有decrementAndGet()方法。它和incrementAndGet()的區別是將 value 減 1，賦值給next 變量。

AtomicInteger中還有getAndIncrement() 和getAndDecrement() 方法，他們的實現原理和上面的兩個方法完全相同，區別是返回值不同，前兩個方法返回的是改變之后的值，即next。而這兩個方法返回的是改變之前的值，即current。還有很多的其他方法，就不列舉了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的AtomicInteger源码分析——基于CAS的乐观锁实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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