什么是CAS?
CAS即Compare And Swap,比较并替换。是一条CPU并发原语,Java中可以通过CAS操作来保证原子性,它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更新为新的值,这个过程是原子的。
CAS并发原语提现在Java语言中就是sun.misc.UnSafe类中的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我实现CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件功能,通过它实现了原子操作。原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许中断,也即是说CAS是一条原子指令,不会造成所谓的数据不一致的问题。
Unsafe:CAS的核心类,Java方法无法直接访问内存,需要通过本地方法native来访问,在Unsafe中所有方法都是native方法,用来直接操作内存,执行相应的任务。
CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。类似于乐观锁。CAS自旋的概率会比较大,从而浪费更多的CPU资源。在这个过程中可能存在ABA问题:
当你获得对象当前数据后,在准备修改为新值前,对象的值被其他线程连续修改了两次(A->B->A),而经过两次修改后,对象的值又恢复为旧值,这样当前线程无法正确判断这个对象是否修改过。
ABA的问题的解决方式:
ABA的解决方法也很简单,就是利用版本号。给变量加上一个版本号,每次变量更新的时候就把版本号加1,这样即使E的值从A—>B—>A,版本号也发生了变化,这样就解决了CAS出现的ABA问题。基于CAS的乐观锁也是这个实现原理。
JDK1.5时可以利用AtomicStampedReference类来解决这个问题,AtomicStampedReference内部不仅维护了对象值,还维护了一个时间戳。当AtomicStampedReference对应的数值被修改时,除了更新数据本身外,还必须要更新时间戳,对象值和时间戳都必须满足期望值,写入才会成功
自旋:当多个线程同时操作一个共享变量时,只有一个线程可以对变量进行成功更新,其他线程均会失败,但是失败并不会被挂起,进行再次尝试,也就是自旋。Java中的自旋锁就是利用CAS来实现的。
说说 synchronized 关键字和 volatile 关键字的区别
synchronized 关键字和 volatile 关键字是两个互补的存在,而不是对立的存在!
volatile 关键字是线程同步的轻量级实现,所以 volatile 性能肯定比synchronized关键字要好 。
volatile 关键字只能用于变量,而synchronized 关键字可以修饰方法以及代码块 。
volatile 关键字能保证数据的可见性,但不能保证数据的原子性。synchronized 关键字两者都能保证。
volatile关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性,而 synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。
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