Java的CAS乐观锁原理解析
CAS全称 Compare And Swap（比较与交换），在不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步。属于硬件同步原语，处理器提供了基本内存操作的原子性保证。juc包中的原子类就是通过CAS来实现了乐观锁。
CAS算法涉及到三个操作数：
- 需要读写的内存值 V。
- 进行比较的旧值A (期望操作前的值)
- 要写入的新值 B。
当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS通过原子方式用新值B来更新V的值（“比较+更新”整体是一个原子操作），否则不会执行任何操作。
一般情况下，“更新”是一个不断重试的过程。
JAVA中的sun.misc.Unsafe类,提供了
- compareAndSwapInt
- compareAndSwapLong
等方法实现CAS。
- 示例
J.U.C包内的原子操作封装类
看一下AtomicInteger的源码定义：
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;
// 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;
各属性的作用：
- unsafe： 获取并操作内存的数据
- valueOffset： 存储value在AtomicInteger中的偏移
- value： 存储AtomicInteger的int值，该属性需要借助volatile关键字保证其在线程间的可见性
接着查看自增方法 incrementAndGet 的源码时，发现自增函数底层调用的是 unsafe.getAndAddInt 。
但是由于JDK本身只有Unsafe.class，只通过class文件中的参数名，并不能很好的了解方法的作用，所以我们通过OpenJDK 8 来查看Unsafe的源码：
// ------------------------- JDK 8 -------------------------
// AtomicInteger 的自增方法
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
// Unsafe.class
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;
}
// ------------------------- OpenJDK 8 -------------------------
// Unsafe.java
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
int v;
do {
v = getIntVolatile(o, offset);
} while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));
return v;
}
由源码可看出， getAndAddInt ()循环获取给定对象o中的偏移量处的值v，然后判断内存值是否等于v。
- 如果相等则将内存值设置为 v + delta
- 否则返回false，继续循环进行重试，直到设置成功才能退出循环，并且将旧值返回
整个“比较+更新”操作封装在 compareAndSwapInt ()中，通过JNI使用CPU指令完成的，属于原子操作，可以保证多个线程都能够看到同一个变量的修改值。
JDK通过CPU的cmpxchg指令，去比较寄存器中的 A 和 内存中的值 V。如果相等，就把要写入的新值 B 存入内存中。如果不相等，就将内存值 V 赋值给寄存器中的值 A。然后通过Java代码中的while循环再次调用cmpxchg指令进行重试，直到设置成功为止。
CAS的问题
循环+CAS
自旋的实现让所有线程都处于高频运行，争抢CPU执行时间的状态。CAS操作如果长时间不成功，会导致其一直自旋，如果操作长时间不成功，会带来很大的CPU资源消耗。
只能保证一个共享变量的原子操作
对一个共享变量执行操作时，CAS能够保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，CAS是无法保证操作的原子性的。
Java从1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。
ABA问题(无法体现数据的变动)
CAS需要在操作值的时候检查内存值是否发生变化，没有发生变化才会更新内存值。但是如果内存值原来是A，后来变成了B，然后又变成了A，那么CAS进行检查时会发现值没有发生变化，但是实际上是有变化的。
ABA问题的解决思路就是在变量前面添加版本号，每次变量更新的时候都把版本号加一，这样变化过程就从“A－B－A”变成了“1A－2B－3A”。
JDK从1.5开始提供了 AtomicStampedReference 类来解决ABA问题，具体操作封装在 compareAndSet ()中。
compareAndSet()首先检查当前引用和当前标志与预期引用和预期标志是否相等，如果都相等，则以原子方式将引用值和标志的值设置为给定的更新值。
不过目前来说这个类比较”鸡肋”，大部分情况下 ABA 问题并不会影响程序并发的正确性，如果需要解决 ABA 问题，使用传统的互斥同步可能比原子类更加高效。
只能保证一个共享变量的原子操作。对一个共享变量执行操作时，CAS能够保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，CAS是无法保证操作的原子性的。
Java从1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。
Java 8 更新
当然这都是由 Doug Lea 大佬亲自为 Java 操刀
更新器
DoubleAccumulator
LongAccumulator
计数器
DoubleAdder
LongAdder
计数器增强版，高并发下性能更好
频繁更新但不太频繁读取的汇总统计信息时使用分成多个操作单元，不同线程更新不同的单元
只有需要汇总的时候才计算所有单元的操作
T1执行后,A 变成了B
T3又开始执行了, B变成了A
T2开始执行, A变成了C
- 问题点:
- 经历的A -> B -> A过程,但是对于线程2，无法感知数据发生了变化
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正文到此结束
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