浅析CAS(Compare and Swap)

落日映苍穹つ 2022-05-23 23:47 104阅读 0赞

什么叫CAS（Compare and Swap）?

根据英文全称翻译，CAS即比较与交换。

有啥用处？

对于常用多线程编程的人估计知道，对于一般人估计都不曾听说。在jdk5之前,我们知道，在多线程编程的时候，为了保证多个线程对一个对象同时进行访问时,我们需要加同步锁synchronized,保证对象的在使用时的正确性，但是加锁的机制会导致如下几个问题

1.加多线程竞争下，加锁和释放锁会导致较多的上下文切换，引起性能问题。

2.多线程可以导致死锁的问题。

3.多线程持有的锁会导致其他需要此锁的线程挂起。

4......

有更好的办法么？

锁的分类：独占锁（悲观锁），乐观锁

独占锁：synchronized就是一种独占锁，它会导致所有需要此锁的线程挂起，等待锁的释放。

乐观锁：每次不加锁去完成操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功。

CAS的机制就相当于这种（非阻塞算法），CAS是由CPU硬件实现，所以执行相当快。CAS有三个操作参数：内存地址，期望值，要修改的新值，当期望值和内存当中的值进行比较不相等的时候，表示内存中的值已经被别线程改动过，这时候失败返回，当相等的时候，将内存中的值改为新的值，并返回成功。

\------------------------------------------------------  我是分割线  \------------------------------------------------------

现在用两个例子来展示使用CAS的机制后和没有线程安全时的区别：

例子1：非线程安全的示例：

public class UnSafeTest {
    
    	private static Integer a = new Integer(1);
    
        public static void main(String[] args) {
            
        	final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
        	for (int i = 1; i <= 10; i++){
                new Thread(new Runnable() {
                    public void run() {
                        //启动10个线程，每个线程打印加1之后的值              	
                    	System.out.println(a++);
                    	latch.countDown();
                    }
                }).start();
            }
        	try {
    			latch.await();
    			System.out.println("最终的值：" + a);
    		} catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
        }	
    }

输出结果：

1
    1
    1
    1
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    最终的值：7

可以看见，最终值并不是预期中的10，当然每次运行结果都不一致，人品爆发的时候是可以拿到10的。

而经过CAS的机制的改造后，可以把上面的例子变成线程安全的。

例子2:

public class SafeTest {
    
    	private static AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
    
        public static void main(String[] args) {
            
        	final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
        	for (int i = 0; i < 10; i++){
                new Thread(new Runnable() {
                    public void run() {
                        //启动10个线程，每个线程打印加1之后的值              	
                    	System.out.println(a.incrementAndGet());
                    	latch.countDown();
                    }
                }).start();
            }
        	try {
    			latch.await();
    			System.out.println("最终的值：" + a);
    		} catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
        }	
    }

输出结果：

1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    最终的值：10

得到期待值10。