了解CAS（Compare-And-Swap）
CAS即对比交换，它在保证数据原子性的前提下尽可能的减少了锁的使用，很多编程语言或者系统实现上都大量的使用了CAS。
JAVA中CAS的实现
JAVA中的cas主要使用的是Unsafe方法，Unsafe的CAS操作主要是基于硬件平台的汇编指令，目前的处理器基本都支持CAS，只不过不同的厂家的实现不一样罢了。
Unsafe提供了三个方法用于CAS操作，分别是
public final native boolean compareAndSwapObject(Object value, long valueOffset, Object expect, Object update); public final native boolean compareAndSwapInt(Object value, long valueOffset, int expect, int update); public final native boolean compareAndSwapLong(Object value, long valueOffset, long expect, long update); 复制代码
- value 表示 需要操作的对象
- valueOffset 表示 对象(value)的地址的偏移量（通过
Unsafe.objectFieldOffset(Field valueField)获取） - expect 表示更新时value的期待值
- update 表示将要更新的值
具体过程为每次在执行CAS操作时，线程会根据valueOffset去内存中获取当前值去跟expect的值做对比如果一致则修改并返回true，如果不一致说明有别的线程也在修改此对象的值，则返回false
Unsafe类中compareAndSwapInt的具体实现：
UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)) UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt"); oop p = JNIHandles::resolve(obj); jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset); return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e; UNSAFE_END 复制代码
ABA问题
线程1准备用CAS修改变量值A，在此之前，其它线程将变量的值由A替换为B，又由B替换为A，然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A，所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了。
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例子
public static AtomicInteger a = new AtomicInteger(1); public static void main(String[] args){ Thread main = new Thread(() -> { System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",初始值 = " + a); //定义变量 a = 1 try { Thread.sleep(1000); //等待1秒 ，以便让干扰线程执行 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } boolean isCASSuccess = a.compareAndSet(1,2); // CAS操作 System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",CAS操作结果: " + isCASSuccess); },"主操作线程"); Thread other = new Thread(() -> { a.incrementAndGet(); // a 加 1, a + 1 = 1 + 1 = 2 System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",【increment】 ,值 = "+ a); a.decrementAndGet(); // a 减 1, a - 1 = 2 - 1 = 1 System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",【decrement】 ,值 = "+ a); },"干扰线程"); main.start(); other.start(); } 复制代码
// 输出 > 操作线程Thread[主操作线程,5,main],初始值 = 1 > 操作线程Thread[干扰线程,5,main],【increment】 ,值 = 2 > 操作线程Thread[干扰线程,5,main],【decrement】 ,值 = 1 > 操作线程Thread[主操作线程,5,main],CAS操作结果: true 复制代码
解决ABA方案
思路
解决ABA最简单的方案就是给值加一个修改版本号，每次值变化，都会修改它版本号，CAS操作时都对比此版本号。
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JAVA中ABA中解决方案(AtomicStampedReference)
AtomicStampedReference主要维护包含一个对象引用以及一个可以自动更新的整数"stamp"的pair对象来解决ABA问题。
//关键代码 public class AtomicStampedReference<V> { private static class Pair<T> { final T reference; //维护对象引用 final int stamp; //用于标志版本 private Pair(T reference, int stamp) { this.reference = reference; this.stamp = stamp; } static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp) { return new Pair<T>(reference, stamp); } } private volatile Pair<V> pair; .... /** * expectedReference ：更新之前的原始值 * newReference : 将要更新的新值 * expectedStamp : 期待更新的标志版本 * newStamp : 将要更新的标志版本 */ public boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) { Pair<V> current = pair; //获取当前pair return expectedReference == current.reference && //原始值等于当前pair的值引用，说明值未变化 expectedStamp == current.stamp && // 原始标记版本等于当前pair的标记版本，说明标记未变化 ((newReference == current.reference && newStamp == current.stamp) || // 将要更新的值和标记都没有变化 casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp))); // cas 更新pair } } 复制代码
例子
private static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedRef = new AtomicStampedReference<>(1, 0); public static void main(String[] args){ Thread main = new Thread(() -> { System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",初始值 a = " + atomicStampedRef.getReference()); int stamp = atomicStampedRef.getStamp(); //获取当前标识别 try { Thread.sleep(1000); //等待1秒 ，以便让干扰线程执行 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } boolean isCASSuccess = atomicStampedRef.compareAndSet(1,2,stamp,stamp +1); //此时expectedReference未发生改变，但是stamp已经被修改了,所以CAS失败 System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",CAS操作结果: " + isCASSuccess); },"主操作线程"); Thread other = new Thread(() -> { atomicStampedRef.compareAndSet(1,2,atomicStampedRef.getStamp(),atomicStampedRef.getStamp() +1); System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",【increment】 ,值 = "+ atomicStampedRef.getReference()); atomicStampedRef.compareAndSet(2,1,atomicStampedRef.getStamp(),atomicStampedRef.getStamp() +1); System.out.println("操作线程" + Thread.currentThread() +",【decrement】 ,值 = "+ atomicStampedRef.getReference()); },"干扰线程"); main.start(); other.start(); } 复制代码
// 输出 > 操作线程Thread[干扰线程,5,main],【increment】 ,值 = 2 > 操作线程Thread[干扰线程,5,main],【decrement】 ,值 = 1 > 操作线程Thread[主操作线程,5,main],初始值 a = 1 > 操作线程Thread[主操作线程,5,main],CAS操作结果: true
作者：孙成
链接：https://juejin.cn/post/6844903558253379597
来源：稀土掘金
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