「javacas原理简介」JAVACAS

今天给各位分享javacas原理简介的知识，其中也会对JAVACAS进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！

本文目录一览：

• 1、CAS原理以及CAS带来的三大问题
• 2、cas底层原理
• 3、cas机制原理

CAS原理以及CAS带来的三大问题

参考：

CAS ：Compare and Swap，即比较再交换。

CAS算法理解 ：CAS是一种无锁算法，CAS有3个操作数，内存值E，旧的预期值V，要修改的新值N。当且仅当预期值V和内存值E相同时，将内存值E修改为N，否则什么都不做。

CAS算法图解 ：

上图描述了CAS的原理，以及带来的三大问题以及问题出现的位置。

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CAS进行检查的时候发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A-B-A就会变成1A-2B-3A。从Java 1.5开始，JDK的Atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法的作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前的标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该应用和该标志的值设置为给定的更新值。

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，如果JVM能支持处理器提供的pause指令，那么效率会有一定的提升。pause指令有两个作用：第一，它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline），使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零；第二，它可以避免在循环的时候因内存顺序冲突（Memory Order Violation）而引起CPU流水线被清空，从而提高CPU的实行效率。

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。比如，有两个共享变量i=2,j=a,合并一下ji=2a,然后用CAS来操作ij。从Java 1.5开始，JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之前的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。

cas底层原理

CAS 你知道吗？

public class CASDemo {

    public static void main(String[] args) {

        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(666);

        // 获取真实值，并替换为相应的值

        boolean b = atomicInteger.compareAndSet(666, 2019);

        System.out.println(b); // true

        boolean b1 = atomicInteger.compareAndSet(666, 2020);

        System.out.println(b1); // false

        atomicInteger.getAndIncrement();

    }

}

CAS 底层原理？谈谈对 UnSafe 的理解？

getAndIncrement();

/**

* Atomically increments by one the current value.

*

* @return the previous value

*/

public final int getAndIncrement() {

    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);

}

引出一个问题：UnSafe 类是什么？

UnSafe 类

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 {

            // 获取下面 value 的地址偏移量

            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset

                (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));

        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }

    }

    private volatile int value;

// ...

}

Unsafe 是 CAS 的核心类，由于 Java 方法无法直接访问底层系统，而需要通过本地（native）方法来访问， Unsafe 类相当一个后门，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 指针一样直接操作内存，因为 Java 中 CAS 操作执行依赖于 Unsafe 类。

变量 vauleOffset，表示该变量值在内存中的偏移量，因为 Unsafe 就是根据内存偏移量来获取数据的。

变量 value 用 volatile 修饰，保证了多线程之间的内存可见性。

CAS 是什么

CAS 的全称 Compare-And-Swap，它是一条 CPU 并发。

它的功能是判断内存某一个位置的值是否为预期，如果是则更改这个值，这个过程就是原子的。

CAS 并发原体现在 JAVA 语言中就是 sun.misc.Unsafe 类中的各个方法。调用 UnSafe 类中的 CAS 方法，JVM 会帮我们实现出 CAS 汇编指令。这是一种完全依赖硬件的功能，通过它实现了原子操作。由于 CAS 是一种系统源语，源语属于操作系统用语范畴，是由若干条指令组成，用于完成某一个功能的过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行的过程中不允许被中断，也就是说 CAS 是一条原子指令，不会造成所谓的数据不一致的问题。

分析一下 getAndAddInt 这个方法

// unsafe.getAndAddInt

public final int getAndAddInt(Object obj, long valueOffset, long expected, int val) {

    int temp;

    do {

        temp = this.getIntVolatile(obj, valueOffset);  // 获取快照值

    } while (!this.compareAndSwap(obj, valueOffset, temp, temp + val));  // 如果此时 temp 没有被修改，就能退出循环，否则重新获取

    return temp;

}

CAS 的缺点？

循环时间长开销很大

如果 CAS 失败，会一直尝试，如果 CAS 长时间一直不成功，可能会给 CPU 带来很大的开销（比如线程数很多，每次比较都是失败，就会一直循环），所以希望是线程数比较小的场景。

只能保证一个共享变量的原子操作

对于多个共享变量操作时，循环 CAS 就无法保证操作的原子性。

引出 ABA 问题

原子类 AtomicInteger 的 ABA 问题谈一谈？原子更新引用知道吗？

原子引用

public class AtomicReferenceDemo {

    public static void main(String[] args) {

        User cuzz = new User("cuzz", 18);

        User faker = new User("faker", 20);

        AtomicReferenceUser atomicReference = new AtomicReference();

        atomicReference.set(cuzz);

        System.out.println(atomicReference.compareAndSet(cuzz, faker)); // true

        System.out.println(atomicReference.get()); // User(userName=faker, age=20)

    }

}

ABA 问题是怎么产生的

/**

* @program: learn-demo

* @description: ABA

* @author: cuzz

* @create: 2019-04-21 23:31

**/

public class ABADemo {

    private static AtomicReferenceInteger atomicReference = new AtomicReference(100);

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(() - {

            atomicReference.compareAndSet(100, 101);

            atomicReference.compareAndSet(101, 100);

        }).start();

        new Thread(() - {

            // 保证上面线程先执行

            try {

                Thread.sleep(1000);

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

            atomicReference.compareAndSet(100, 2019);

            System.out.println(atomicReference.get()); // 2019

        }).start();

    }

}

当有一个值从 A 改为 B 又改为 A，这就是 ABA 问题。

时间戳原子引用

package com.cuzz.thread;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;

/**

* @program: learn-demo

* @description: ABA

* @author: cuzz

* @create: 2019-04-21 23:31

**/

public class ABADemo2 {

    private static AtomicStampedReferenceInteger atomicStampedReference = new AtomicStampedReference(100, 1);

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(() - {

            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的版本号为：" + stamp);

            try {

                Thread.sleep(1000);

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

            atomicStampedReference.compareAndSet(100, 101, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1 );

            atomicStampedReference.compareAndSet(101, 100, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1 );

        }).start();

        new Thread(() - {

            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的版本号为：" + stamp);

            try {

                Thread.sleep(3000);

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

            boolean b = atomicStampedReference.compareAndSet(100, 2019, stamp, stamp + 1);

            System.out.println(b); // false

            System.out.println(atomicStampedReference.getReference()); // 100

        }).start();

    }

}

我们先保证两个线程的初始版本为一致，后面修改是由于版本不一样就会修改失败

cas机制原理

Cas机制原理，简单来说是使用一个期望值来和当前变量的值进行比较，如果当前的变量值与我们期望的值相等，就用一个新的值来更新当前变量的值。

CAS有三个操作数：内存值V、旧的预期值A、要修改的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时（条件），将内存值修改为B并返回true，否则条件不符合返回false。条件不符合说明该变量已经被其它线程更新。

cas优点：如一描述在并发量不是很高时cas机制会提高效率。

cas缺点：循环时间开销太大：如果CAS长时间执行不成功，则会给CPU带来交大的执行开销。处理器提供一种pause指令可以缓解这部分问题，pause指令有两个作用，第一它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引起CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提高CPU的执行效率。

只能保证一个共享变量的原操作。如果需要对多个共享变量进行同步，就得使用锁，或者将几个共享变量封装起来，使用CAS来进行同步。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。

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