CAS compare and swap的缩写,中文翻译成比较并交换,实现并发算法时常用到的一种技术。
它包含三个操作数 一一 内存位置、预期原值及更新值。
执行CAS操作的时候,将内存位置的值与预期原值比较:
如果相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值,
如果不匹配,处理器不做任何操作,多个线程同时执行CAS操作只有一个会成功。
原理
CAS ( CompareAndSwap )
CAS有3个操作数,位置内存值V,旧的预期值A,要修改的更新值B。
当且仅当旧的预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做或重来,当它重来重试的这种行为成为------自旋!
硬件级别的保证
CAS是JDK提供的非阻塞原子性操作,它通过硬件保证了比较---更新的原子性。
它是非阻塞的且自身具有原子性,也就是说这玩意效率更高且通过硬件保证,说明这玩意更可靠。
CAS是一 条CPU的原子指令(cmpxchg指令),不会造成所谓的数据不一致问题,Unsafe提供的CAS方法(如compareAndSwapXXX) 底层实现即为CPU指令cmpxchg。
执行cmpxchg指令的时候,会判断当前系统是否为多核系统,如果是就给总线加锁,只有一个线程会对总线加锁成功,加锁成功之后会执行cas操作,也就是说CAS的原子性实际上是CPU实现独占的,比起用synchronized重量级锁,这里的排他时间要短很多,所以在多线程情况下性能会比较好。
源码分析compareAndSet(int expect, int update)
底层原理
UnSafe
1 Unsafe是CAS的核心类,由于Java方法无法直接访问底层系统,需要通过本地(native) 方法来访问,Unsafe相当于一个后门,基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.misc包中,其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存。
注意Unsafe类中的所有方法都是native修饰的,也就是说Unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务
2 变量valueOffset,表示该变量值在内存中的偏移地址,因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的。
3 变量value用volatile修饰,保证了多线程之间的内存可见性。
i++线程不安全,那atomicInteger.getAndIncrement()呢
CAS的全称为Compare-And-Swap,它是一条CPU并发原语。
它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更改为新的值,这个过程是原子的。
AtomicInteger类主要利用CAS (compare and swap) + volatile和native方法来保证原子操作,从而避免synchronized的高开销,执行效率大为提升。
缺点与自旋锁
是什么
自旋锁(spinlock)
CAS是实现自旋锁的基础,CAS利用CPU指令保证了操作的原子性,以达到锁的效果,至于自旋呢,看字面意思也很明白,自己旋转。是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞,而是采用循环的方式去尝试获取锁,当线程发现锁被占用时,会不断循环判断锁的状态,直到获取。这样的好处是减少线程上下文切换的消耗,缺点是循环会消耗CPU