一邻奠、前言
了解CAS,首先要清楚JUC,那么什么是JUC呢晦鞋？JUC就是java.util.concurrent包的簡(jiǎn)稱得糜。它有核心就是CAS與AQS载绿。CAS是java.util.concurrent.atomic包的基礎(chǔ)是钥，如AtomicInteger掠归、AtomicBoolean、AtomicLong等等類都是基于CAS悄泥。
什么是CAS呢虏冻？全稱Compare And Swap，比較并交換弹囚。CAS有三個(gè)操作數(shù)厨相，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值E，要修改的新值N蛮穿。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值E和內(nèi)存值V相同時(shí)庶骄，將內(nèi)存值V修改為N，否則什么都不做践磅。
二单刁、實(shí)例
如果我們需要對(duì)一個(gè)數(shù)進(jìn)行加法操作，應(yīng)該怎樣去實(shí)現(xiàn)呢府适？我們模擬多個(gè)線程情況下進(jìn)行操作羔飞。
ThreadDemo.java 實(shí)現(xiàn)一個(gè)Runnable接口
package com.spring.security.test;
public class ThreadDemo implements Runnable {
private int count = 0;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
addCount();
}
}
private void addCount() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
ThreadTest.java 創(chuàng)建線程池，提交10個(gè)線程執(zhí)行檐春，預(yù)期結(jié)果應(yīng)該是1000
package com.spring.security.test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
threadPool.submit(threadDemo);
}
threadPool.shutdown();
System.out.println(threadDemo.getCount());
}
}
運(yùn)行結(jié)果：874 或其他逻淌，與預(yù)期結(jié)果不符合。
執(zhí)行出來(lái)的結(jié)果并不是想象中的結(jié)果疟暖。這是為什么呢卡儒？這跟線程的執(zhí)行過(guò)程有關(guān)。
所以我們需要在改變count俐巴，將值從高速緩沖區(qū)刷新到主內(nèi)存后骨望，讓其他線程重新讀取主內(nèi)存中的值到自己的工作內(nèi)存。
此時(shí)可以用volatile關(guān)鍵字欣舵。它的作用是保證對(duì)象在內(nèi)存中的可見(jiàn)性锦募。
修改ThreadDemo中的count字段
private volatile int count = 0;
此時(shí)執(zhí)行結(jié)果：900 或其他，與預(yù)期結(jié)果不符合邻遏。
此時(shí)還是并未得出正確執(zhí)行結(jié)果。為什么虐骑？聽(tīng)我細(xì)細(xì)道來(lái)准验。
線程安全主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
- 原子性：提供了互斥訪問(wèn)，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程對(duì)它進(jìn)行操作
- 可見(jiàn)性：一個(gè)線程對(duì)主內(nèi)存的修改可以及時(shí)的被其他線程觀察到
- 有序性：一個(gè)線程觀察其他線程中的指令執(zhí)行順序廷没，由于指令重排序的存在糊饱，該觀察結(jié)果一般雜亂無(wú)序
目前可見(jiàn)性已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，缺少原子性的操作颠黎，因?yàn)橥粫r(shí)刻另锋，多個(gè)線程對(duì)其操作，會(huì)將改動(dòng)后的最新值讀取到自己的工作內(nèi)存進(jìn)行操作狭归，最終只能得到后一個(gè)執(zhí)行線程操作的結(jié)果夭坪，所以相當(dāng)于少了一步操作，就會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致过椎。
此時(shí)可以使用JUC的Atomic包下面的類來(lái)進(jìn)行操作室梅。
Atomic類是使用CAS+volatile來(lái)實(shí)現(xiàn)原子性與可見(jiàn)性的。
我們來(lái)改造一下TheadDemo.java中的實(shí)現(xiàn)方法
package com.spring.security.test;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class ThreadDemo implements Runnable {
private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
// 遞增
count.getAndIncrement();
}
}
public int getCount() {
return count.get();
}
}
執(zhí)行結(jié)果： 1000，符合預(yù)期值亡鼠。
接下來(lái)我們來(lái)分析一下AtomicInteger類的源碼：
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;
Unsafe類是不安全的類赏殃，它提供了一些底層的方法，我們是不能使用這個(gè)類的间涵。AtomicInteger的值保存在value中仁热，而valueOffset是value在內(nèi)存中的偏移量，利用靜態(tài)代碼塊使其類一加載的時(shí)候就賦值勾哩。value值使用volatile抗蠢，保證其可見(jiàn)性。
/**
* Atomically increments by one the current value.
*
* @return the previous value
*/
public final int getAndIncrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
var1表示當(dāng)前對(duì)象钳幅，var2表示value在內(nèi)存中的偏移量物蝙，var4為增加的值。var5為調(diào)用底層方法獲取value的值
compareAndSwapInt方法通過(guò)var1和var2獲取當(dāng)前內(nèi)存中的value值敢艰，并與var5進(jìn)行比對(duì)诬乞，如果一致，就將var5+var4的值賦給value,并返回true,否則返回false
由do while語(yǔ)句可知钠导，如果這次沒(méi)有設(shè)置進(jìn)去值震嫉，就重復(fù)執(zhí)行此過(guò)程。這一過(guò)程稱為自旋牡属。
compareAndSwapInt是JNI(Java Native Interface)提供的方法票堵，可以是其他語(yǔ)言寫(xiě)的。
三逮栅、與synchronized比較
使用synchronized進(jìn)行加法：
package com.spring.security.test;
public class ThreadDemo implements Runnable {
private int count = 0;
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
// 遞增
synchronized (ThreadDemo.class) {
count++;
}
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
運(yùn)行結(jié)果： 1000悴势，符合預(yù)期值。
使用synchronized和AtomicInteger都能得到預(yù)期結(jié)果措伐，但是他們之間各有什么劣勢(shì)呢特纤？
synchronized是重量級(jí)鎖，是悲觀鎖侥加，就是無(wú)論你線程之間發(fā)不發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系捧存，它都認(rèn)為會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，從而每次執(zhí)行都會(huì)加鎖担败。
在并發(fā)量大的情況下昔穴，如果鎖的時(shí)間較長(zhǎng)，那將會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能提前。
CAS操作中我們可以看到getAndAddInt方法的自旋操作吗货，如果長(zhǎng)時(shí)間自旋，那么肯定會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成壓力岖研。而且如果value值從A->B->A,那么CAS就會(huì)認(rèn)為這個(gè)值沒(méi)有被操作過(guò)卿操，這個(gè)稱為CAS操作的"ABA"問(wèn)題警检。
