Java多线程之CAS缺点

分手后的思念是犯贱 2022-01-27 12:41 210阅读 0赞

# Java多线程之CAS缺点 #

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## 目录： ##

1.  循环时间开销很大
2.  只能保证一个共享变量的原子操作
3.  引来ABA问题及解决方案（重点）

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### 1. 循环时间开销很大 ###

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通过看源码，我们发现有个do while，如果CAS失败，会一直进行尝试。如果CAS长时间一直不成功，可能会给CPU带来很大的开销。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTkxMDY5NA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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### 2. 只能保证一个共享变量的原子操作 ###

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作。但是，对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可用锁来保证原子性。

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### 3. 引来ABA问题及解决方案（重点） ###

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#### 1.ABA问题概述 ####

1.  CAS会导致"ABA问题”
2.  CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据并在当下时刻比较并替换，那么在这个时间差类会导致数据的变化。
3.  比如说一个线程one从内存位置V中取出A，这时候另一个线程two也从内存中取出A，并且线程two进行了一些操作将值变成了B，然后线程two又将V位置的数据变成A，这时候线程One进行CAS作发现内存中仍然是A，然后线程One操作成功。
4.  尽管线程One的CAS慢作成功，但是不代表这个过程就是没有问题的。

#### 2. 原子引用 ####

解决ABA问题只靠CAS不能解决，还需要用到原子引用技术。即AtomicReference  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTkxMDY5NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

简单代码测试

import lombok.AllArgsConstructor;
    import lombok.Getter;
    import lombok.ToString;
    
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
    
    @Getter
    @ToString
    @AllArgsConstructor
    class User{
        
        String userName;
        int age;
    }
    public class AtomicReferenceDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            User z3 = new User("Z3",22);
            User li4 = new User("li4",25);
    
            AtomicReference<User> atomicReference = new AtomicReference<>();
            atomicReference.set(z3);
    
            System.out.println(atomicReference.compareAndSet(z3, li4)+"\t"+atomicReference.get().toString());
            System.out.println(atomicReference.compareAndSet(z3, li4)+"\t"+atomicReference.get().toString());
    
    
        }
    }

编译结果

![在这里插入图片描述][20190526210357897.png]

#### 3. ABA问题解决方案 ####

解决： 原子引用+修改版本号（类似时间戳）

代码：

import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;
    
    /**
     * ABA问题的解决：  AtomicStampedReference
     */
    public class ABADemo {
        
    
        static AtomicReference<Integer> atomicReference = new AtomicReference<>(100);
        static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(100, 1);
    
        public static void main(String[] args) {
        
            System.out.println("=============以下是ABA问题的产生==============");
            new Thread(() -> {
        
                atomicReference.compareAndSet(100, 101);
                atomicReference.compareAndSet(101, 100);
            }, "t1").start();
    
            new Thread(() -> {
        
                try {
        
                    //暂停一秒钟，保证上面的t1完成了一次ABA操作
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2019)
                        + "\t" + atomicReference.get());
            }, "t2").start();
    
            //暂停两秒钟等上面代码执行完
            try {
        
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("=============以下是ABA问题的解决==============");
    
            new Thread(() -> {
        
                int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t第一次版本号" + stamp);
    
    //            暂停一秒钟t3线程,为了t4线程也能拿到相同的stamp。
                try {
        
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
    
                atomicStampedReference.compareAndSet(100, 101,
                        atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t第2次版本号" + atomicStampedReference.getStamp());
    
                atomicStampedReference.compareAndSet(101, 100,
                        atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t第2次版本号" + atomicStampedReference.getStamp());
            }, "t3").start();
    
            new Thread(() -> {
        
                int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t第一次版本号" + stamp);
    
    //            暂停3秒钟t4线程，保证上面的t3线程完成了一次ABA操作。
                try {
        
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
    
                boolean result = atomicStampedReference.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp + 1);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t修改成功否：" + result
                        + "\t当前最新实际版本号:" + atomicStampedReference.getStamp());
    
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t当前实际最新值" + atomicStampedReference.getReference());
            }, "t4").start();
        }
    }

编译结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTkxMDY5NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

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[20190526210357897.png]: /images/20220127/6925561efeff4ea781fa143ecc24eac5.png
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