CAS机制与自旋锁

Wesley13
• 阅读 579

CAS(Compare-and-Swap),即比较并替换,java并发包中许多Atomic的类的底层原理都是CAS。

它的功能是判断内存中某个地址的值是否为预期值,如果是就改变成新值,整个过程具有原子性。

具体体现于sun.misc.Unsafe类中的native方法,调用这些native方法,JVM会帮我们实现汇编指令,这些指令是CPU的原子指令,因此具有原子性。

 1 public class CASDemo {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4 
 5         //初始值5
 6         AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
 7 
 8         //和5比较,设置为10
 9         System.out.println("预期值:5,当前值:"+atomicInteger);
10         System.out.println("是否设置成功:"+atomicInteger.compareAndSet(5, 10));
11         //和5比较,设置为15
12         System.out.println("预期值:5,当前值:"+atomicInteger);
13         System.out.println("是否设置成功:"+atomicInteger.compareAndSet(5, 15));
14 
15         System.out.println("当前值:"+atomicInteger);
16     }
17 }

输出为:

预期值:5,当前值:5
是否设置成功:true
预期值:5,当前值:10
是否设置成功:false
当前值:10

下面看一下getAndAddInt在底层Unsafe类中的代码(自旋锁),运用到了CAS

//va1为对象,var2为地址值,var4是要增加的值,var5为当前地址中最新的值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;
    }

首先通过volatile的可见性,取出当前地址中的值,作为期望值。如果期望值与实际值不符,就一直循环获取期望值,直到set成功。

适用场景:

  1. CAS 适合简单对象的操作,比如布尔值、整型值等;

  2. CAS 适合冲突较少的情况,如果太多线程在同时自旋,那么长时间循环会导致 CPU 开销很大;

CAS的缺点:

  1. CPU开销过大 : 在并发量比较高的情况下,如果许多线程反复尝试更新某一个变量,却又一直更新不成功,循环往复,会给CPU带来很到的压力。

  2. 不能保证代码块的原子性:CAS机制所保证的知识一个变量的原子性操作,而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新,就不得不使用synchronized了。

  3.  ABA问题:如果内存地址V初次读取的值是A,在CAS等待期间它的值曾经被改成了B,后来又被改回为A,那CAS操作就会误认为它从来没有被改变过。

ABA问题以及解决:使用带版本号的原子引用AtomicStampedRefence,或者叫时间戳的原子引用,类似于乐观锁。

 0 // ABA问题及解决方式 1 public class ABADemo {
 2 
 3     private static AtomicReference<String> atomicReference = new AtomicReference<>("A");
 4     private static AtomicStampedReference<String> stampReference = new AtomicStampedReference<>("A",1);
 5 
 6     public static void main(String[] args){
 7         new Thread(()->{
 8             //获取到版本号
 9             int stamp = stampReference.getStamp();
10             System.out.println("t1获取到的版本号:"+stamp);
11             try {
12                 //暂停1秒,确保t1,t2版本号相同
13                 TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
14             } catch (InterruptedException e) {
15                 e.printStackTrace();
16             }
17             atomicReference.compareAndSet("A","B");
18             atomicReference.compareAndSet("B","A");
19 
20             stampReference.compareAndSet("A","B",stamp,stamp+1);
21             stampReference.compareAndSet("B","A",stamp+1,stamp+2);
22             System.out.println("t1线程ABA之后的版本号:"+stampReference.getStamp());
23 
24         },"t1").start();
25 
26         new Thread(()->{
27             //获取到版本号
28             int stamp = stampReference.getStamp();
29             System.out.println("t2获取到的版本号:"+stamp);
30             try {
31                 //暂停2秒,等待t1执行完成ABA
32                 TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
33             } catch (InterruptedException e) {
34                 e.printStackTrace();
35             }
36             System.out.print("普通原子类无法解决ABA问题: ");
37             System.out.println(atomicReference.compareAndSet("A","C")+"\t"+atomicReference.get());
38             System.out.print("版本号的原子类解决ABA问题: ");
39             System.out.println(stampReference.compareAndSet("A","C",stamp,stamp+1)+"\t"+stampReference.getReference());
40 
41         },"t2").start();
42     }
43 }

输出结果:普通原子引用类在另一个线程完成ABA之后继续修改(把A改成了C),带版本号原子引用有效的解决了这个问题。

t1获取到的版本号:1
t2获取到的版本号:1
t1线程ABA之后的版本号:3
普通原子类无法解决ABA问题: true    C
版本号的原子类解决ABA问题: false    A
点赞
收藏
评论区
推荐文章
blmius blmius
2年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
Jacquelyn38 Jacquelyn38
2年前
2020年前端实用代码段,为你的工作保驾护航
有空的时候,自己总结了几个代码段,在开发中也经常使用,谢谢。1、使用解构获取json数据let jsonData  id: 1,status: "OK",data: 'a', 'b';let  id, status, data: number   jsonData;console.log(id, status, number )
皕杰报表之UUID
​在我们用皕杰报表工具设计填报报表时,如何在新增行里自动增加id呢?能新增整数排序id吗?目前可以在新增行里自动增加id,但只能用uuid函数增加UUID编码,不能新增整数排序id。uuid函数说明:获取一个UUID,可以在填报表中用来创建数据ID语法:uuid()或uuid(sep)参数说明:sep布尔值,生成的uuid中是否包含分隔符'',缺省为
Stella981 Stella981
2年前
KVM调整cpu和内存
一.修改kvm虚拟机的配置1、virsheditcentos7找到“memory”和“vcpu”标签,将<namecentos7</name<uuid2220a6d1a36a4fbb8523e078b3dfe795</uuid
Wesley13 Wesley13
2年前
Java并发机制底层实现原理
锁的膨胀过程预备知识CAS硬件对并发的支持在大多数处理器架构(包括IA32和Sparc)中采用的方法是实现一个比较并交换(CAS)指令,CAS包含了3个操作数——内存位置(V),预期原值(A),拟写入的新值(B),当且仅当VA时,CAS才会通过原子方式用新值(B)来更新(V)原有的值,无论操作成
Wesley13 Wesley13
2年前
mysql设置时区
mysql设置时区mysql\_query("SETtime\_zone'8:00'")ordie('时区设置失败,请联系管理员!');中国在东8区所以加8方法二:selectcount(user\_id)asdevice,CONVERT\_TZ(FROM\_UNIXTIME(reg\_time),'08:00','0
Wesley13 Wesley13
2年前
00:Java简单了解
浅谈Java之概述Java是SUN(StanfordUniversityNetwork),斯坦福大学网络公司)1995年推出的一门高级编程语言。Java是一种面向Internet的编程语言。随着Java技术在web方面的不断成熟,已经成为Web应用程序的首选开发语言。Java是简单易学,完全面向对象,安全可靠,与平台无关的编程语言。
Stella981 Stella981
2年前
Django中Admin中的一些参数配置
设置在列表中显示的字段,id为django模型默认的主键list_display('id','name','sex','profession','email','qq','phone','status','create_time')设置在列表可编辑字段list_editable
Wesley13 Wesley13
2年前
MySQL部分从库上面因为大量的临时表tmp_table造成慢查询
背景描述Time:20190124T00:08:14.70572408:00User@Host:@Id:Schema:sentrymetaLast_errno:0Killed:0Query_time:0.315758Lock_
Python进阶者 Python进阶者
2个月前
Excel中这日期老是出来00:00:00,怎么用Pandas把这个去除
大家好,我是皮皮。一、前言前几天在Python白银交流群【上海新年人】问了一个Pandas数据筛选的问题。问题如下:这日期老是出来00:00:00,怎么把这个去除。二、实现过程后来【论草莓如何成为冻干莓】给了一个思路和代码如下:pd.toexcel之前把这