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漫画:什么是 CAS 机制?

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————— 第二天 —————

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示例程序:启动两个线程,每个线程中让静态变量count循环累加100次。

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最终输出的count结果是什么呢?一定会是200吗?

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加了同步锁之后,count自增的操作变成了原子性操作,所以最终的输出一定是count=200,代码实现了线程安全。

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为什么这么说呢?关键在于性能问题。

Synchronized关键字会让没有得到锁资源的线程进入BLOCKED状态,而后在争夺到锁资源后恢复为RUNNABLE状态,这个过程中涉及到操作系统用户模式内核模式的转换,代价比较高。

尽管Java1.6为Synchronized做了优化,增加了从偏向锁轻量级锁再到重量级锁的过度,但是在最终转变为重量级锁之后,性能仍然较低。

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所谓原子操作类,指的是java.util.concurrent.atomic包下,一系列以Atomic开头的包装类。例如AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong。它们分别用于Boolean,Integer,Long类型的原子性操作。

现在我们尝试在代码中引入AtomicInteger类:

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使用AtomicInteger之后,最终的输出结果同样可以保证是200。并且在某些情况下,代码的性能会比Synchronized更好。

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什么是CAS?

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写,翻译过来就是比较并替换。

CAS机制当中使用了3个基本操作数:内存地址V,旧的预期值A,要修改的新值B。

更新一个变量的时候,只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时,才会将内存地址V对应的值修改为B。

这样说或许有些抽象,我们来看一个例子:

1.在内存地址V当中,存储着值为10的变量。

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2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说,旧的预期值A=10,要修改的新值B=11。

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3.在线程1要提交更新之前,另一个线程2抢先一步,把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

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4.线程1开始提交更新,首先进行A和地址V的实际值比较(Compare),发现A不等于V的实际值,提交失败。

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5.线程1重新获取内存地址V的当前值,并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说,A=11,B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋

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6.这一次比较幸运,没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare,发现A和地址V的实际值是相等的。

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7.线程1进行SWAP,把地址V的值替换为B,也就是12。

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从思想上来说,Synchronized属于悲观锁,悲观地认为程序中的并发情况严重,所以严防死守。CAS属于乐观锁,乐观地认为程序中的并发情况不那么严重,所以让线程不断去尝试更新。

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CAS的缺点:

1.CPU开销较大
在并发量比较高的情况下,如果许多线程反复尝试更新某一个变量,却又一直更新不成功,循环往复,会给CPU带来很大的压力。

2.不能保证代码块的原子性
CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作,而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新,就不得不使用Synchronized了。

3.ABA问题
这是CAS机制最大的问题所在。
什么是ABA问题?怎么解决?我们下一期来详细介绍。

本文转载自公众号:程序员小灰

正文到此结束
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