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并发编程 - 原子操作 CAS

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赖猫
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发布于: 2021 年 03 月 12 日

原子操作


假定有两个操作 A 和 B,如果从执行 A 的线程来看,当另一个线程执行 B 时,要么将 B 全部执行完,要么完全不执行 B,那么 A 和 B 对彼此来说是原子的。


对 CAS 的理解,CAS 是一种无锁算法,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。


实现


CAS 的基本思路就是,如果这个地址上的值和期望的值相等,则给其赋予新值,否则不做任何事儿,但是要返回原值是多少。循环 CAS 就是在一个循环里不断的做 cas 操作,直到成功为止。


实现线程的安全


利用 CPU 的多处理能力,实现硬件层面的阻塞,再加上 volatile 变量的特性即可实现基于原子操作的线程安全。



三大问题


1. ABA 问题


因为 CAS 需要在操作值的时候,检查值有没有发生变化,如果没有发生变化则更新,但是如果一个值原来是 A,变成了 B,又变成了 A,那么使用 CAS 进行检查时会发现它的值没有发生变化,但是实际上却变化了。


你倒了一杯水放桌子上,干了点别的事,然后同事把你水喝了又给你重新倒了一杯水,你回来看水还在,拿起来就喝,如果你不管水中间被人喝过,只关心水还在,这就是 ABA 问题。


如果你是一个讲卫生讲文明的小伙子,不但关心水在不在,还要在你离开的时候水被人动过没有,因为你是程序员,所以就想起了放了张纸在旁边,写上初始值 0,别人喝水前麻烦先做个累加才能喝水。


2. 循环时间长开销大


自旋 CAS 如果长时间不成功,会给 CPU 带来非常大的执行开销。


3. 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,这个时候就可以用锁。


还有一个取巧的办法,就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。


AtomicInteger


  • int addAndGet(int delta):以原子方式将输入的数值与实例中的值(AtomicInteger 里的 value)相加,并返回结果。

  • boolean compareAndSet(int expect,int update):如果输入的数值等于预期值,则以原子方式将该值设置为输入的值。

  • int getAndIncrement():以原子方式将当前值加 1,注意,这里返回的是自增前的值。

  • int getAndSet(int newValue):以原子方式设置为 newValue 的值,并返回旧值。


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还未添加个人签名 2020.11.28 加入

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行

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