java多線程CAS的介紹
這篇文章主要講解了“java多線程CAS的介紹”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“java多線程CAS的介紹”吧！
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1 CAS講解
在工作中，我們往往需要面對(duì)多線程計(jì)數(shù)的問(wèn)題，我們第一反應(yīng)，使用“synchronized”，控制并發(fā)。
@Slf4j
public class CASDemo extends Thread{
private static int t = 0;
@Override
public void run() {
increment();
log.info("-----------{}------------",t);
}
private synchronized static void increment() {
t++;
}
public static void main(String[] args){
for (int i = 0 ; i < 100 ; i++){
CASDemo casDemo = new CASDemo();
casDemo.start();
}
}結(jié)果如下：
從上面結(jié)果來(lái)看符合我們的預(yù)期，100個(gè)線程執(zhí)行了1次，最后t為100。但是這是最好的實(shí)現(xiàn)機(jī)制嗎？我們知道“synchronized”是同步鎖，即使jdk6以后已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化（具體可以見(jiàn)另一篇文章：java多線程基礎(chǔ)知識(shí)之synchronized原理分析），只是用來(lái)計(jì)數(shù)，是否太大材小用了。有沒(méi)有一種更加優(yōu)雅的解決方案？
@Slf4j
public class CASDemo extends Thread{
private static AtomicInteger t = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
log.info("-----------{}------------",t.incrementAndGet());
}
public static void main(String[] args){
for (int i = 0 ; i < 100 ; i++){
CASDemo casDemo = new CASDemo();
casDemo.start();
}
}
}結(jié)果如下：
從結(jié)果上來(lái)看，第一種和第二種結(jié)果是一樣的。為啥推薦第一種方法呢？因?yàn)榈诙N使用了無(wú)鎖式的“compareAndSwap”即“CAS”，既然“CAS”是無(wú)鎖的，那么是怎么樣保證其實(shí)線程安全的。
“compareAndSwap”從字面上看，這一過(guò)程肯定包含了比較和替換兩個(gè)動(dòng)作，具體步驟如下：
（1）線程從內(nèi)存中讀取 i 的值，假如此時(shí) i 的值為 0，我們把這個(gè)值稱為 k 吧，即此時(shí) k = 0。
（2）令 j = k + 1。
（3）用 k 的值與內(nèi)存中i的值相比，如果相等，這意味著沒(méi)有其他線程修改過(guò) i 的值，我們就把 j（此時(shí)為1） 的值寫(xiě)入內(nèi)存；如果不相等（意味著i的值被其他線程修改過(guò)），我們就不把j的值寫(xiě)入內(nèi)存，而是重新跳回步驟 1，繼續(xù)這三個(gè)操作。具體源碼如下：
同時(shí)，整個(gè)"CAS"是原子的，對(duì)應(yīng)操作系統(tǒng)的一條硬件操作指令，盡管看似有很多操作在里面，但操作系統(tǒng)能夠保證它是原子執(zhí)行的。
通過(guò)上面的流程講解，我們可以發(fā)現(xiàn)其不可能從內(nèi)存中同時(shí)取到相同的K值，并且分別+1然后提交到內(nèi)存中，從而保證的線程安全。
但是我們?nèi)匀幻媾R一個(gè)問(wèn)題：誰(shuí)偷偷更改了我的值。
舉個(gè)例子，當(dāng)線程A即將要執(zhí)行第三步的時(shí)候，線程 B 把 i 的值加1，之后又馬上把 i 的值減 1，然后，線程 A 執(zhí)行第三步，這個(gè)時(shí)候線程 A 是認(rèn)為并沒(méi)有人修改過(guò) i 的值，因?yàn)?i 的值并沒(méi)有發(fā)生改變。而這，就是我們平常說(shuō)的ABA問(wèn)題。對(duì)于基本類型的值來(lái)說(shuō)，這種把數(shù)字改變了在改回原來(lái)的值是沒(méi)有太大影響的，但如果是對(duì)于引用類型的話，就會(huì)產(chǎn)生很大的影響了。
怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？——版本控制（參考樂(lè)觀鎖）。
例如，每次有線程修改了引用的值，就會(huì)進(jìn)行版本的更新，雖然兩個(gè)線程持有相同的引用，但他們的版本不同，這樣，我們就可以預(yù)防 ABA 問(wèn)題了。Java 中提供了 AtomicStampedReference 這個(gè)類，就可以進(jìn)行版本控制了。
給個(gè)demo.
//構(gòu)造方法, 傳入引用和戳 public AtomicStampedReference(V initialRef, int initialStamp) //返回引用 public V getReference() //返回版本戳 public int getStamp() //如果當(dāng)前引用 等于 預(yù)期值并且 當(dāng)前版本戳等于預(yù)期版本戳, 將更新新的引用和新的版本戳到內(nèi)存 public boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) //如果當(dāng)前引用 等于 預(yù)期引用, 將更新新的版本戳到內(nèi)存 public boolean attemptStamp(V expectedReference, int newStamp) //設(shè)置當(dāng)前引用的新引用和版本戳 public void set(V newReference, int newStamp)
public static void main(String[] args) {
String str1 = "aaa";
String str2 = "bbb";
AtomicStampedReference<String> reference = new AtomicStampedReference<String>(str1,1);
reference.compareAndSet(str1,str2,reference.getStamp(),reference.getStamp()+1);
System.out.println("reference.getReference() = " + reference.getReference());
boolean b = reference.attemptStamp(str2, reference.getStamp() + 1);
System.out.println("b: "+b);
System.out.println("reference.getStamp() = "+reference.getStamp());
boolean c = reference.weakCompareAndSet(str2,"ccc",4, reference.getStamp()+1);
System.out.println("reference.getReference() = "+reference.getReference());
System.out.println("c = " + c);
}
輸出:
reference.getReference() = bbb
b: true
reference.getStamp() = 3
reference.getReference() = bbb
c = false
c為什么輸出false呢, 因?yàn)榘姹敬敛灰恢吕?/pre>2jdk8對(duì)CAS的優(yōu)化
由于采用這種 CAS 機(jī)制是沒(méi)有對(duì)方法進(jìn)行加鎖的，所以，所有的線程都可以進(jìn)入 increment() 這個(gè)方法，假如進(jìn)入這個(gè)方法的線程太多，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：每次有線程要執(zhí)行第三個(gè)步驟的時(shí)候，i 的值老是被修改了，所以線程又到回到第一步繼續(xù)重頭再來(lái)。
而這就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題：由于線程太密集了，太多人想要修改 i 的值了，進(jìn)而大部分人都會(huì)修改不成功，白白著在那里循環(huán)消耗資源。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，Java8 引入了一個(gè) cell[] 數(shù)組，它的工作機(jī)制是這樣的：假如有 5 個(gè)線程要對(duì) i 進(jìn)行自增操作，由于 5 個(gè)線程的話，不是很多，起沖突的幾率較小，那就讓他們按照以往正常的那樣，采用 CAS 來(lái)自增吧。但是，如果有 100 個(gè)線程要對(duì) i 進(jìn)行自增操作的話，這個(gè)時(shí)候，沖突就會(huì)大大增加，系統(tǒng)就會(huì)把這些線程分配到不同的 cell 數(shù)組元素去，假如 cell[10] 有 10 個(gè)元素吧，且元素的初始化值為 0，那么系統(tǒng)就會(huì)把 100 個(gè)線程分成 10 組，每一組對(duì) cell 數(shù)組其中的一個(gè)元素做自增操作，這樣到最后，cell 數(shù)組 10 個(gè)元素的值都為 10，系統(tǒng)在把這 10 個(gè)元素的值進(jìn)行匯總，進(jìn)而得到 100，二這，就等價(jià)于 100 個(gè)線程對(duì) i 進(jìn)行了 100 次自增操作。
總之，jdk8對(duì)于高并發(fā)的情況下，采用了類似減少鎖粒度方法來(lái)提高性能。
感謝各位的閱讀，以上就是“java多線程CAS的介紹”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)java多線程CAS的介紹這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！
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