多线程之CAS

发表于 2020-08-28 更新于 2020-12-25 分类于多线程

多线程之CAS

CAS

CAS(Compare And Swap) 是乐观锁的一种实现方式。

内存位置（V）
预期原值（A）
新值 (B)

当且仅当预期值A与内存值V相同，将内存值修改为B，否则什么都不做。

Screen Shot 2020-08-15 at 5.33.40 PM

AtomicInteger

getAndIncrement
getAndDecrement
incrementAndGet
decrementAndGet

Java Atomic 包使用乐观锁中的CAS。

eg: AtomicInteger#getAndIncrement

// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;

static {
  try {
    valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
      (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
  } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

private volatile int value;

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

  return var5;
}

Unsafe提供了一些对底层的操作，通过JDI(Java Native Interface) 本地调用C/C++语言来实现CAS操作的。

do while循环，从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作，如果成功就返回结果，否则重试直到成功为止。

CAS的问题:

多线程场景下会出现ABA问题
循环（自旋）时间长开销大，如果CAS操作失败，就需要循环进行CAS操作(循环同时将期望值更新为最新的)，如果长时间都不成功的话，那么会造成CPU极大的开销。
只能保证一个共享变量的原子操作，如果需要对多个共享变量进行操作，可以使用加锁方式(悲观锁)保证原子性，或者可以把多个共享变量合并成一个共享变量进行CAS操作。

ABA问题

有2个线程同时对同一个值(初始值为A)进行CAS操作，这三个线程如下

线程1，期望值为A，欲更新的值为B
线程2，期望值为A，欲更新的值为B

线程1抢先获得CPU时间片，而线程2因为其他原因阻塞了，线程1取值与期望的A值比较，发现相等然后将值更新为B，然后这个时候出现了线程3，期望值为B，欲更新的值为A，线程3取值与期望的值B比较，发现相等则将值更新为A，此时线程2从阻塞中恢复，并且获得了CPU时间片，这时候线程2取值与期望的值A比较，发现相等则将值更新为B，虽然线程2也完成了操作，但是线程2并不知道值已经经过了A->B->A的变化过程。

ABA解决问题:

添加版本号，在变量前面加上版本号，每次变量更新的时候变量的版本号都+1，即A->B->A就变成了1A->2B->3A。

AtomicStampedReference 类使用版本号作比较的CAS机制。