Atomic原子操作及CAS原理

我們都知道Volatile保證了可見性、有序性和單次操作的原子性,那麼像i++這種的非單次操作應該怎麼保證原子性呢?
在java.util.concurrent.atomic包裏面,有許多提供原子操作的類:
在這裏插入圖片描述
在這裏面我們最常用的是AtomicInteger、AtomicBoolean,重點要會的應該是AtomicInteger,因爲AtomicBoolean內部也是通過AtomicInteger實現的。

AtomicInteger

AtomicInteger是對int類型的一個封裝,提供原子性的訪問和更新操作。常見的api有
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#incrementAndGet 原子自增1
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#decrementAndGet原子自減1
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#addAndGet原子在當前值加上給定的值。
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger#get返回當前最新的值

**應用場景:**併發統計、訂單號
實現原理: CAS

CAS原理

CAS有3個操作數,內存值V,舊的預期值A,要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時,將內存值V修改爲B,否則什麼都不做。
CAS算法:
CAS的全稱是Compare And Swap 即比較交換,其算法核心思想如下
函數:CAS(V,E,N) 參數:V表示要更新的變量 E預期值 N新值

如果V值等於E值,則將V的值設爲N。若V值和E值不同,則說明已經有其他線程做了更新,則當前線程什麼都不做。通俗的理解就是CAS操作需要我們提供一個期望值,當期望值與當前線程的變量值相同時,說明沒有線程修改該值,當前線程可以進行修改,也就是執行CAS操作,但如果期望值與當前線程不符,則說明該值已被其他線程修改,此時不執行更新操作,但可以選擇重新讀取該變量再嘗試再次修改該變量,也可以放棄操作。

CAS操作是原子性的,所以多線程併發使用CAS更新數據時,可以不使用鎖,JDK中大量使用了CAS來更新數據而防止加鎖來保持原子更新。

Java的CAS操作通過Unsafe類來完成,裏面基本都是native,即通過JNI調用c/c++等代碼。

底層核心:彙編指令-cmpxchg
作用:比較並交換操作數.
如:CMPXCHG r/m,r 將累加器AL/AX/EAX/RAX中的值與首操作數(目的操作數)比較,如果相等,第2操作數(源操作數)的值裝載到首操作數,置爲1。如果不等, 首操作數的值裝載到AL/AX/EAX/RAX並將置爲清0
該指令只能用於486及其後繼機型。第2操作數(源操作數)只能用8位、16位或32位寄存器。第1操作數(目的操作數)則可用寄存器或任一種存儲器尋址方式。

CAS的ABA問題

在進行CAS操作的時候,因爲在更改V之前,CAS主要詢問“V的值是否仍然爲A”,所以在第一次讀取V之後以及對V執行CAS操作之前,如果將值從A改爲B,然後再改回A,會使基於CAS的算法混亂。在這種情況下,CAS操作會成功。這類問題稱爲ABA問題。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章