文章目錄

• What's CAS & sun.misc.Unsafe
• CAS & sun.misc.Unsafe
• 以AtomicInteger為例底層原理剖析
• CAS缺點(diǎn)
• ABA 問(wèn)題

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What’s CAS & sun.misc.Unsafe

全稱(chēng) Compare-And-Swap , 主要實(shí)現(xiàn)的功能是和內(nèi)存中的某個(gè)位置的值進(jìn)行比較判斷是否為預(yù)期值，如果是預(yù)期值則更改為新值， 整個(gè)過(guò)程具有原子性。

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CAS & sun.misc.Unsafe

CAS屬于CPU并發(fā)原語(yǔ)

CAS是一種系統(tǒng)原語(yǔ)，原語(yǔ)屬于操作系統(tǒng)應(yīng)用范疇，是由若干條指令組成，用于完成某個(gè)功能的一個(gè)過(guò)程，并且原語(yǔ)的執(zhí)行必須是連續(xù)的，在執(zhí)行過(guò)程中不允許被中斷，也就是說(shuō)CAS是一條CPU的原子指令，不會(huì)造成所謂的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題，即CAS是線程安全的

在JDK中，主要體現(xiàn)在sun.misc.Unsafe類(lèi)。

當(dāng)執(zhí)行UnSafe類(lèi)中的cas相關(guān)方法時(shí)， JVM會(huì)轉(zhuǎn)換成類(lèi)似匯編指令，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)了原子操作。

來(lái)看個(gè)代碼

package com.artisan.juc;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/*** @author 小工匠* @version 1.0* @description: TODO* @date 2021/11/6 13:11* @mark: show me the code , change the world*/ public class CASTest {public static void main(String[] args) {// 設(shè)置初始值為100AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);// 使用atomicInteger的compareAndSet，如果為100，則更新為123boolean b = atomicInteger.compareAndSet(100, 123);System.out.println(b + "----" + atomicInteger.get());// 使用atomicInteger的compareAndSet，如果為100，則更新為456 (上一步已經(jīng)更新成了123，所以不是100)b = atomicInteger.compareAndSet(100, 456);System.out.println(b + "----" + atomicInteger.get());} }

輸出

true----123 false----123

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以AtomicInteger為例底層原理剖析

繼續(xù)在上個(gè)例子的基礎(chǔ)上，完善一下，方便引入知識(shí)點(diǎn)，增加紅框內(nèi)如下代碼：

輸出

我們來(lái)分析下 getAndIncrement

先看看 AtomicInteger類(lèi)

看方法的注釋說(shuō)明： 以原子的方式在當(dāng)前值的基礎(chǔ)上加1 ，返回的是加1之前的值。

可以看到其實(shí)是調(diào)用了unsafe# getAndAddInt

那先看看Unsafe類(lèi) 唄

內(nèi)部方法操作可以像C的指針一樣直接操作內(nèi)存

Unsafe位于sun.misc包中，該類(lèi)的方法都是native的本地方法 ，這也意味著unsafe類(lèi)中的方法都直接調(diào)用操作系統(tǒng)底層資源執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。

Unsafe類(lèi)是CAS的核心類(lèi). 我們知道Java無(wú)法直接訪問(wèn)底層操作系統(tǒng)，需要通過(guò)native方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 Unsafe這個(gè)魔法類(lèi)可以理解為一個(gè)后門(mén)，通過(guò)該類(lèi)可以直接操作特定的內(nèi)存數(shù)據(jù)。

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繼續(xù)【getAndAddInt方法 】

到

到

• var1: AtomicInteger本對(duì)象

• var2: 該對(duì)象值得引用地址

• var4: 需要變動(dòng)的數(shù)量

• var5： var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); 從主內(nèi)存中拿到的值 ， 如果當(dāng)前值和期望值一樣，就執(zhí)行 var5 + var4 . (用var1和var2找到的內(nèi)存中的真實(shí)值用該對(duì)象當(dāng)前的值與var5比較)

do while 循環(huán) ， 如果compareAndSwapInt返回false，那么就一直執(zhí)行 while方法，直到期望的值和真實(shí)值一樣

CAS有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值，要修改的更新值。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值和內(nèi)存值相同時(shí)，將內(nèi)存值修改為更新值，否則不操作 .

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CAS缺點(diǎn)

CAS不加鎖，保證一致性，但是需要多次比較

• 對(duì)于多個(gè)共享變量操作時(shí)，循環(huán)CAS就無(wú)法保證操作的原子性，這個(gè)時(shí)候只能用鎖來(lái)保證原子性

• 循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)銷(xiāo)大（因?yàn)閳?zhí)行的是do while，如果比較不成功一直在循環(huán)，最差的情況，就是某個(gè)線程一直取到的值和預(yù)期值都不一樣，這樣就會(huì)無(wú)限循環(huán)）

• 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作，當(dāng)對(duì)一個(gè)共享變量執(zhí)行操作時(shí)，我們可以通過(guò)循環(huán)CAS的方式來(lái)保證原子操作

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ABA 問(wèn)題

如果一個(gè)變量初次讀取的時(shí)候是 A 值，它的值被改成了 B，后來(lái)又被改回為 A，那 CAS 操作就會(huì)誤認(rèn)為它從來(lái)沒(méi)有被改變過(guò)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的每日一博 - CAS（Compare-And-Swap）原理剖析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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