多线程笔记4-CAS基本原理

什么是CAS?

CAS为  compare and swap  (判断并且交换)

什么是原子操作?

原子操作的基本概念为,当有两个操作A和B,如果从执行A的线程来看,当另一个线程执行B时,要么将B全部执行完,要么完全不执行,那么A和B对彼此来说是原子的。(原子操作就是不可再分的,要么就执行完,要么不执行)

假如这时候有一个应用场景,我们需要对count这个值进行累加,在多个线程同时对这个count进行操作时,会出现线程不安全问题,这时候我们会想用使用加锁的机制,比如使用synchronized关键字。但是会有一些问题,如果大量的线程都来竞争这把锁的话,那么cpu需要花费大量的时间和资源来处理这些竞争,比如等待拿锁时,线程被阻塞,然后又唤醒导致的上下文切换,这其实是比较影响性能的。

实现原子操作我们还可以使用CAS指令来实现,CAS的基本思路就是,如果操作的这个变量地址上的值等于期望的那个旧值,那么给其赋予新的值。否则不做任何事。

多个线程对某个资源进行CAS操作的时候,只有一个线程能够操作成功,但是并不会阻塞其它线程,其它线程只会收到操作失败的的信号。

比如A,B线程循环CAS指令对count进行+1操作,count初始值=0,此时A,B线程中从内存中读取到的count=0,再加1,等于1,然后需要将count=1,再写回内存中,这时候A线程判断内存中的count是否等于期望的旧值0,等于,那么将1赋值给count,然后轮到B线程判断是否等0,因为A线程已经赋值为1了,结果不等于,则B线程会重新从内存中读取一次count,此时B线程中的count=1,然后再+1操作,再判断内存中的count是否等于旧值1,等于则将2赋值给count。基本思路其实就是乐观锁的实现。

使用CAS操作,也有三大问题

1,ABA问题,因为CES操作值时候,判断值有没有变化,没有变化则赋予新的值,假如一个值原本是A,变成了B,又变回了A,那么对于CAS检查来说没有变化,继续操作,但其实A是发生了变化的。解决的办法就是给变量增加一个版本号,每次变量更新的时候版本号+1,ABA就变成了1A2B3A了。

2,开销大,因为CAS自旋操作,长时间不成功,会带来比较大的开销。

3,只能保证一个共享变量的原子操作,比如这时候不止操作一个count,还有其它的变量。这时候就CAS就不是很适用。不过有解决办法,使用

AtomicReference,可以将多个变量合并成一个对象来操作。

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