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Java中CAS的工作原理是什么

本篇文章给大家分享的是有关Java中CAS的工作原理是什么,小编觉得挺实用的,因此分享给大家学习,希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获,话不多说,跟着小编一起来看看吧。

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2.1 何为CAS?

  • 1、CAS,compare and swap的缩写,顾名思义,比较再交换,即 “读取-修改-写操作” 三个步骤为一体原子操作;

  • 2、CAS操作包含三个参数:内存位置(V)、预期值(A)、新值(B); 如果内存位置的值V与预期值A相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值B,否则不更新;

2.2 CAS原理

  • 1、CAS通过JNI方式调用底层操作系统的C代码,从而借助底层C代码来调用CPU底层操作指令来实现原子操作;

  • 2、CAS是硬件CPU提供的原语,通过底层cmpxchg原语指令(多处理器再加上Lock指令)实现原子操作;

2.3 CAS核心源码

1、CAS核心源码:

// Adding a lock prefix to an instruction on MP machine
// VC++ doesn't like the lock prefix to be on a single line
// so we can't insert a label after the lock prefix.
// By emitting a lock prefix, we can define a label after it.
#define LOCK_IF_MP(mp) __asm cmp mp, 0  \
                       __asm je L0      \
                       __asm _emit 0xF0 \
                       __asm L0:

inline jint     Atomic::cmpxchg    (jint     exchange_value, volatile jint*     dest, jint     compare_value) {
  // alternative for InterlockedCompareExchange
  int mp = os::is_MP();
  __asm {
    mov edx, dest
    mov ecx, exchange_value
    mov eax, compare_value
    LOCK_IF_MP(mp) // 如果是多处理器的话,则需要添加Lock前缀指令,Lock的方式和Volatile的实现方式雷同
    cmpxchg dword ptr [edx], ecx // 
  }
}

2、通过上述源码可以发现该cmpxchg方法会自动判断当前是否是多处理器,多处理器的话则添加lock前缀指令,反之省略lock前缀;

3、至于lock是怎么保证多处理器的一致性的话,原理和Volatile相似,可见Java技术专题-源码分析系列(1)volatile工作原理分析雷同。

三、CAS缺点

3.1、ABA问题

  • 1、并发操作时,容易引起ABA问题; 假设i初始值i=5,A线程做i++操作一次,B线程做i--操作一次,C线程通过判断i=5时则对i进行更新新值;

  • 2、这个时候C线程会认为i还是处于初始值,未被做过修改,但是殊不知AB线程已经都对i进行修改了一次;

  • 3、为了解决这种线程,需要让C知道i已经被修改过了,因此在Java1.5引进了一个AtomicStampedReference类来解决ABA问题;

  • 4、AtomicStampedReference这个类主要是给变量追加了版本号信息,每次变量更新的话版本号都会自增加一;

  • 5、但是有的人会认为AtomicMarkableReference也能解决ABA问题,其实不能根本解决只能在最大程度上降低ABA问题的出现;因为它是通过一个boolean来标记是否更改,本质就是只有true和false两种版本来回切换,只能降低ABA问题发生的几率,并不能阻止ABA问题的发生;

3.2、开销大

1、随便拿个CAS的Java层代码:

public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4));

        return var5;
    }

2、通过这段代码发现,如果CAS操作一直不成功的话,那么该段代码就一直在自旋操作,会给CPU带来比较大的执行开销;

3.3、原子操作约束

  • 1、目前的CAS只能保证单个共享变量的原子操作;

  • 2、但是对多个变量进行操作时,CAS无法保证,但是可以将多个变量封装成一个新的对象,利用AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性;

四、总结

  • 1、我们可以在一些非常简单的操作且又不想引入锁的场景下采用CAS实现原子操作;

  • 2、然而想要进行非阻塞的完成某些场景也可以考虑采用CAS进行原子操作;

  • 3、但是不推荐在非常复杂的操作中引入CAS,一来会使程序可读性变差,二来且难以测试且会出现ABA问题。

  • 4、在并发量大且冲突场景非常多的情况,而且如果涉及到代码块或者多个变量的原子执行时候,建议不要考虑用CAS。

以上就是Java中CAS的工作原理是什么,小编相信有部分知识点可能是我们日常工作会见到或用到的。希望你能通过这篇文章学到更多知识。更多详情敬请关注创新互联行业资讯频道。


网页题目:Java中CAS的工作原理是什么
网站URL:http://bjjierui.cn/article/gphhdh.html

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