JavaCAS底层实现原理实例详解-创新互联
这篇文章主要介绍了Java CAS底层实现原理实例详解,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
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CAS,全称Compare And Swap(比较与交换),解决多线程并行情况下使用锁造成性能损耗的一种机制。
CAS(V, A, B),V为内存地址、A为预期原值,B为新值。如果内存地址的值与预期原值相匹配,那么将该位置值更新为新值。否则,说明已经被其他线程更新,处理器不做任何操作;无论哪种情况,它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。而我们可以使用自旋锁,循环CAS,重新读取该变量再尝试再次修改该变量,也可以放弃操作。
二、CAS(compareAndSwap)的产生
为什么需要CAS机制呢?我们先从一个错误现象谈起。我们经常使用volatile关键字修饰某一个变量,表明这个变量是全局共享的一个变量,同时具有了可见性和有序性。但是却没有原子性。比如说一个常见的操作a++。这个操作其实可以细分成三个步骤:
(1)从内存中读取a
(2)对a进行加1操作
(3)将a的值重新写入内存中
在单线程状态下这个操作没有一点问题,但是在多线程中就会出现各种各样的问题了。因为可能一个线程对a进行了加1操作,还没来得及写入内存,其他的线程就读取了旧值。造成了线程的不安全现象。
Volatile关键字可以保证线程间对于共享变量的可见性可有序性,可以防止CPU的指令重排序(DCL单例),但是无法保证操作的原子性,所以jdk1.5之后引入CAS利用CPU原语保证线程操作的院子性。
CAS操作由处理器提供支持,是一种原语。原语是操作系统或计算机网络用语范畴。是由若干条指令组成的,用于完成一定功能的一个过程,具有不可分割性,即原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许被中断。如 Intel 处理器,比较并交换通过指令的 cmpxchg 系列实现。
三、CAS(compareAndSwap)的原理探究
CAS的实现主要在JUC中的atomic包,我们以AtomicInteger类为例:
通过代码追溯,可以看出JAVA中的CAS操作都是通过sun包下Unsafe类实现,而Unsafe类中的方法都是native方法,由JVM本地实现,所以最终的实现是基于C、C++在操作系统之上操作
Unsafe类,在sun.misc包下,不属于Java标准。Unsafe类提供一系列增加Java语言能力的操作,如内存管理、操作类/对象/变量、多线程同步等
//var1为CAS操作的对象,offset为var1某个属性的地址偏移值,expected为期望值,var2为要设置的值,利用JNI来完成CPU指令的操作 public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6); public native Object getObjectVolatile(Object var1, long var2); public native void putObjectVolatile(Object var1, long var2, Object var4);
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