java的乐观锁 java多线程乐观锁实现代码

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网络安全守护先锋 2024-06-30 05:59:59

文章标签 java的乐观锁 java 多线程并发编程 System 文章分类 Java 后端开发

1.CAS操作

引入：利用CAS改写取款程序。

class  Accoumt{
    private AtomicInteger balance;

    public int getBalance() {
        return balance.get();
    }

    public Accoumt(int balance){
        this.balance = new AtomicInteger(balance);
    }

    public void withDraw(){
        while(true){
            int preNum = balance.get();
            int nextNum = preNum - 10;
            if(balance.compareAndSet(preNum,nextNum)){
                break;
            }
        }
    }
}

分析

while(true) {
 // 需要不断尝试，直到成功为止
 while (true) {
 // 比如拿到了旧值 1000
 int prev = balance.get();
 // 在这个基础上 1000-10 = 990
 int next = prev - amount;
 /*
 compareAndSet 正是做这个检查，在 set 前，先比较 prev 与当前值
 - 不一致了，next 作废，返回 false 表示失败
 比如，别的线程已经做了减法，当前值已经被减成了 990
 那么本线程的这次 990 就作废了，进入 while 下次循环重试
 - 一致，以 next 设置为新值，返回 true 表示成功
 */
if (balance.compareAndSet(prev, next)) {
 break;
 }
 }

其中的关键是 compareAndSet，它的简称就是 CAS （也有 Compare And Swap 的说法），它必须是原子操作

java的乐观锁 java多线程乐观锁实现代码_多线程

volatile

获取共享变量时，为了保证该变量在线程之间的可见性，需要使用 volatile 修饰。

它可以用来修饰成员变量和静态成员变量，他可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值，必须到主存中获取

它的值，线程操作 volatile 变量都是直接操作主存。即一个线程对 volatile 变量的修改，对另一个线程可见。

注意

volatile 仅仅保证了共享变量的可见性，让其它线程能够看到最新值，但不能解决指令交错问题（不能保证原

子性）

CAS 必须借助 volatile 才能读取到共享变量的最新值来实现【比较并交换】的效果

为什么无锁效率高

无锁情况下，即使重试失败，线程始终在高速运行，没有停歇，而 synchronized 会让线程在没有获得锁的时

候，发生上下文切换，进入阻塞。打个比喻

线程就好像高速跑道上的赛车，高速运行时，速度超快，一旦发生上下文切换，就好比赛车要减速、熄火，

等被唤醒又得重新打火、启动、加速 ... 恢复到高速运行，代价比较大

但无锁情况下，因为线程要保持运行，需要额外 CPU 的支持， CPU 在这里就好比高速跑道，没有额外的跑

道，线程想高速运行也无从谈起，虽然不会进入阻塞，但由于没有分到时间片，仍然会进入可运行状态，还

是会导致上下文切换。

CAS 的特点

结合 CAS 和 volatile 可以实现无锁并发，适用于线程数少、多核 CPU 的场景下。

CAS 是基于乐观锁的思想：最乐观的估计，不怕别的线程来修改共享变量，就算改了也没关系，我吃亏点再

重试呗。

synchronized 是基于悲观锁的思想：最悲观的估计，得防着其它线程来修改共享变量，我上了锁你们都别想

改，我改完了解开锁，你们才有机会。

CAS 体现的是无锁并发、无阻塞并发，请仔细体会这两句话的意思

因为没有使用 synchronized ，所以线程不会陷入阻塞，这是效率提升的因素之一

但如果竞争激烈，可以想到重试必然频繁发生，反而效率会受影响

2.CAS封装--原子整数

J.U.C 并发包提供了：

AtomicBoolean

AtomicInteger

AtomicLong

AtomicReference

AtomicMarkableReference

AtomicStampedReference

以 AtomicInteger 为例

public class AtomicIntDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger ati = new AtomicInteger(10);  //构造器分为无参构造器（默认值为0）和有参构造器（初始值）
        System.out.println(ati.get());        //get()    获取当前的int值   --->10
        System.out.println(ati.incrementAndGet());      //incrementAndGet()  类似于++i  先自增在获取值 --->11
        System.out.println(ati.getAndIncrement());      //getAndIncrement()   类似于 i++    --->11
        System.out.println(ati.decrementAndGet());      //decrementAndGet()    类似于--i    ---->11
        System.out.println(ati.getAndDecrement());      //getAndDecrement()    类似于i--    ----->11
        System.out.println(ati.addAndGet(10));    //addAndGet(int)      加上某个数     ----->20
        System.out.println(ati.updateAndGet(x -> x + 10));  //updateAndGet(x -> x + 10)   计算一个表达式   --->30
        // 获取并计算（i = 0, p 为 i 的当前值, x 为参数1, 结果 i = 10, 返回 0）
        // 其中函数中的操作能保证原子，但函数需要无副作用
        // getAndUpdate 如果在 lambda 中引用了外部的局部变量，要保证该局部变量是 final 的
        // getAndAccumulate 可以通过 参数1 来引用外部的局部变量，但因为其不在 lambda 中因此不必是 final
        System.out.println(ati.getAndAccumulate(10, (p, x) -> p + x));
        // 计算并获取（i = 10, p 为 i 的当前值, x 为参数1, 结果 i = 0, 返回 0）
        // 其中函数中的操作能保证原子，但函数需要无副作用
        System.out.println(ati.accumulateAndGet(-10, (p, x) -> p + x));
    }
}

volatile 原理

volatile修饰变量的作用：

1.保证变量在线程间的可见性

2.禁止指令重拍排序。

volatile 的底层实现原理是内存屏障， Memory Barrier （ Memory Fence ）

对 volatile 变量的写指令后会加入写屏障

对 volatile 变量的读指令前会加入读屏障

写屏障（ sfence ）保证在该屏障之前的，对共享变量的改动，都同步到主存当中

public void actor2(I_Result r) {
     num = 2;
     ready = true; // ready 是 volatile 赋值带写屏障
 // 写屏障
}

而读屏障（ lfence ）保证在该屏障之后，对共享变量的读取，加载的是主存中最新数据

public void actor1(I_Result r) {
     // 读屏障
     // ready 是 volatile 读取值带读屏障
     if(ready) {
         r.r1 = num + num;
     } else {
         r.r1 = 1;
     }
}

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