什么是CAS


  在學習JUC包的時候,知道Atomic操作類的底層是CAS,在這里稍微對CAS做一個小記錄。

1.Synchronized的性能問題

  寫到這個關鍵字,就知道,這是用於多線程中的安全問題。

  Synchronized關鍵字會讓沒有得到鎖資源的線程進入BLOCKED狀態,而后在爭奪到鎖資源后恢復為RUNNABLE狀態,這個過程中涉及到操作系統用戶模式內核模式的轉換,代價比較高。

   盡管Java1.6為Synchronized做了優化,增加了從偏向鎖輕量級鎖再到重量級鎖的過度,但是在最終轉變為重量級鎖之后,性能仍然較低。

 

2.說說CAS

  CAS是英文單詞Compare And Swap的縮寫,翻譯過來就是比較並替換。

   CAS機制當中使用了3個基本操作數:內存地址V,舊的預期值A,要修改的新值B。

   更新一個變量的時候,只有當變量的預期值A和內存地址V當中的實際值相同時,才會將內存地址V對應的值修改為B。

   這樣說或許有些抽象,我們來看一個例子:

 

3.例子

  1.在內存地址V當中,存儲着值為10的變量。

  

  2.此時線程1想要把變量的值增加1。對線程1來說,舊的預期值A=10,要修改的新值B=11。

  

  3.在線程1要提交更新之前,另一個線程2搶先一步,把內存地址V中的變量值率先更新成了11。

  

  4.線程1開始提交更新,首先進行A和地址V的實際值比較(Compare),發現A不等於V的實際值,提交失敗。

  

  5.線程1重新獲取內存地址V的當前值,並重新計算想要修改的新值。此時對線程1來說,A=11,B=12。這個重新嘗試的過程被稱為自旋

  

  6.這一次比較幸運,沒有其他線程改變地址V的值。線程1進行Compare,發現A和地址V的實際值是相等的。

 

  

  7.線程1進行SWAP,把地址V的值替換為B,也就是12。

  

  從思想上來說,Synchronized屬於悲觀鎖,悲觀地認為程序中的並發情況嚴重,所以嚴防死守。CAS屬於樂觀鎖,樂觀地認為程序中的並發情況不那么嚴重,所以讓線程不斷去嘗試更新。

 

4.CAS存在的問題

  1.CPU開銷較大

    在並發量比較高的情況下,如果許多線程反復嘗試更新某一個變量,卻又一直更新不成功,循環往復,會給CPU帶來很大的壓力。

   2.不能保證代碼塊的原子性

    CAS機制所保證的只是一個變量的原子性操作,而不能保證整個代碼塊的原子性。比如需要保證3個變量共同進行原子性的更新,就不得不使用Synchronized了。

   3.ABA問題

    這是CAS機制最大的問題所在。


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