Java線程(十)：CAS__java基礎

在Java並發包中有這樣一個包，java.util.concurrent.atomic，該包是對Java部分資料類型的原子封裝，在原有資料類型的基礎上，提供了原子性的操作方法，保證了安全執行緒。下面以AtomicInteger為例，來看一下是如何?的。 [java] view plain copy print ? public final int incrementAndGet() {       for (;;) {           int current = get();           int next = current + 1;           if (compareAndSet(current, next))               return next;       }   }   [java] view plain copy print ? public final int decrementAndGet() {       for (;;) {           int current = get();           int next = current - 1;           if (compareAndSet(current, next))               return next;       }   }  

       以這兩個方法為例，incrementAndGet方法相當於原子性的++i，decrementAndGet方法相當於原子性的--i（根據第一章和第二章我們知道++i或--i不是一個原子性的操作），這兩個方法中都沒有使用阻塞式的方式來保證原子性（如Synchronized），那它們是如何保證原子性的呢，下面引出CAS。 Compare And Swap

       CAS 指的是現代 CPU 廣泛支援的一種對記憶體中的共用資料進行操作的一種特殊指令。這個指令會對記憶體中的共用資料做原子的讀寫操作。簡單介紹一下這個指令的操作過程：首先，CPU 會將記憶體中將要被更改的資料與期望的值做比較。然後，當這兩個值相等時，CPU 才會將記憶體中的數值替換為新的值。否則便不做操作。最後，CPU 會將舊的數值返回。這一系列的操作是原子的。它們雖然看似複雜，但卻是 Java 5 並發機制優於原有鎖機制的根本。簡單來說，CAS 的含義是“我認為原有的值應該是什麼，如果是，則將原有的值更新為新值，否則不做修改，並告訴我原來的值是多少”。（這段描述引自《Java並發編程實踐》）
       簡單的來說，CAS有3個運算元，記憶體值V，舊的預期值A，要修改的新值B。若且唯若預期值A和記憶體值V相同時，將記憶體值V修改為B，否則返回V。這是一種樂觀鎖的思路，它相信在它修改之前，沒有其它線程去修改它；而Synchronized是一種悲觀鎖，它認為在它修改之前，一定會有其它線程去修改它，悲觀鎖效率很低。下面來看一下AtomicInteger是如何利用CAS實現原子性操作的。 volatile變數 [java] view plain copy print ? private volatile int value;          首先聲明了一個volatile變數value，在 第二章我們知道volatile保證了變數的記憶體可見度，也就是所有背景工作執行緒中同一時刻都可以得到一致的值。 [java] view plain copy print ? public final int get() {       return value;   }   Compare And Set [java] view plain copy print ? // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates   private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();   private static final long valueOffset;// 注意是靜態      static {     try {       valueOffset = unsafe.objectFieldOffset           (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));// 反射出value屬性，擷取其在記憶體中的位置     } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }   }      public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {     return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);   }          比較並設定，這裡利用Unsafe類的JNI方法實現，使用CAS指令，可以保證讀-改-寫是一個原子操作。compareAndSwapInt有4個參數，this - 當前AtomicInteger對象，Offset - value屬性在記憶體中的位置(需要強調的是不是value值在記憶體中的位置)，expect - 預期值，update - 新值，根據上面的CAS操作過程，當記憶體中的value值等於expect值時，則將記憶體中的value值更新為update值，並返回true，否則返回false。在這裡我們有必要對Unsafe有一個簡單點的認識，從名字上來看，不安全，確實，這個類是用於執行低層級的、不安全操作的方法集合，這個類中的方法大部分是對記憶體的直接操作，所以不安全，但當我們使用反射、並發包時，都間接的用到了Unsafe。 迴圈設定        現在在來看開篇提到的兩個方法，我們拿incrementAndGet來分析一下其實現過程。 [java] view plain copy print ? public final int incrementAndGet() {       for (;;) {// 這樣優於while(true)           int current = get();// 擷取當前值           int next = current + 1;// 設定更新值           if (compareAndSet(current, next))               return next;       }   }          迴圈內，擷取當前值並設定更新值，調用compareAndSet進行CAS操作，如果成功就返回更新至，否則重試到成功為止。這裡可能存在一個隱患，那就是迴圈時間過長，總是在當前線程compareAndSet時，有另一個線程設定了value(點子太被了)，這個當然是屬於小機率時間，目前Java貌似還不能處理這種情況。 缺點        雖然使用CAS可以實現非阻塞式的原子性操作，但是會產生ABA問題，關於ABA問題，計劃單拿出一章來整理。        (完) 原文地址： http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/38471987