JUC併發編程學習筆記（十八）深入理解CAS

深入理解CAS

什麼是CAS

為什麼要學CAS：大廠你必須深入研究底層！有所突破！

java層面的cas------->compareAndSet

compareAndSet(int expectedValue, int newValue) 期望並更新，達到期望值就更新、否則就不更新！

package org.example.cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        //JAVA CAS -> 比較並交換
        //期望、更新
        //compareAndSet(int expectedValue, int newValue)
        //如果我期望的值達到了那麼就跟新、否則就不更新；CAS 是CPU的併發原語！
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        //達到期望值更新成功
        System.out.println(atomicInteger.get());
        //更新後未達到期望值，更新失敗
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

Unsafe類

java不能直接操作記憶體，但是可以調用c++，c++可以操作記憶體，java可以通過native關鍵字定義的方法來調用c++。Unsafe類就像是java留給自己的一個後門。所以Unsafe類中都是native方法和調用native方法的方法！

在原子類里，有一個getAndIncrement方法用作自增、那麼他的底層是如何實現的呢？

其實就是調用的unsafe類中的getAndAddInt方法

public final int getAndIncrement() {
    //dalta傳入了1
    return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
}

public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
    int v;
    do {
        //v每次都跟新為最新值，所以一直會是期望的值！就執行了++的操作
        v = getIntVolatile(o, offset);
        //如果當前對象o期望的值等於v，那麼將當前對象o的值跟新為v+dalta；
    } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
    return v;
}

public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
                                              int expected,
                                              int x) {
        return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
    }

public final native boolean compareAndSetInt(Object o, long offset,
                                                 int expected,
                                                 int x);

對比觀察，其實getAndAddInt就是定義一個變數取到最新的值，然後通過while迴圈一直更新，其中getIntVolatile和compareAndSetInt都是通過java調用底層c++操作記憶體。

其中用到了一段標準的鎖（自旋鎖！）：

 do {
        //v每次都跟新為最新值，所以一直會是期望的值！就執行了++的操作
        v = getIntVolatile(o, offset);
        //如果當前對象o期望的值等於v，那麼將當前對象o的值跟新為v+dalta；
    } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));

缺點

1、迴圈會耗時

2、一次性只能保證一個共用變數的原子性

3、會存在ABA問題

優點

自帶原子性

CAS : ABA問題(狸貓換太子)！

package org.example.cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CASDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        //JAVA CAS -> 比較並交換
        //期望、更新
        //compareAndSet(int expectedValue, int newValue)
        //如果我期望的值達到了那麼就跟新、否則就不更新;   CAS 是CPU的併發原語！
        //===============搗亂的線程================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
        //達到期望值更新成功
        System.out.println(atomicInteger.get());
        //更新後未達到期望值，更新失敗
        //===============期望的線程================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
        //getAndIncrement number++ 底層如何實現的？
        atomicInteger.getAndIncrement();//++方法

    }
}