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CAS操作

CAS是單詞compare and set的縮寫(xiě)，意思是指在set之前先比較該值有沒(méi)有變化，只有在沒(méi)變的情況下才對(duì)其賦值。

我們常常做這樣的操作

[java]?view plaincopyprint?

if(a==b)?{??

????a++;??

}??

試想一下如果在做a++之前a的值被改變了怎么辦？a++還執(zhí)行嗎？出現(xiàn)該問(wèn)題的原因是在多線(xiàn)程環(huán)境下，a的值處于一種不定的狀態(tài)。采用鎖可以解決此類(lèi)問(wèn)題，但CAS也可以解決，而且可以不加鎖。

[java]?view plaincopyprint?

int?expect?=?a;??

if(a.compareAndSet(expect,a+1))?{??

????doSomeThing1();??

}?else?{??

????doSomeThing2();??

}??

這樣如果a的值被改變了a++就不會(huì)被執(zhí)行。

按照上面的寫(xiě)法，a!=expect之后,a++就不會(huì)被執(zhí)行，如果我們還是想執(zhí)行a++操作怎么辦，沒(méi)關(guān)系，可以采用while循環(huán)

[java]?view plaincopyprint?

while(true)?{??

????int?expect?=?a;??

????if?(a.compareAndSet(expect,?a?+?1))?{??

????????doSomeThing1();??

????????return;??

????}?else?{??

????????doSomeThing2();??

????}??

}??

采用上面的寫(xiě)法，在沒(méi)有鎖的情況下實(shí)現(xiàn)了a++操作，這實(shí)際上是一種非阻塞算法。

應(yīng)用

java.util.concurrent.atomic包中幾乎大部分類(lèi)都采用了CAS操作，以AtomicInteger為例，看看它幾個(gè)主要方法的實(shí)現(xiàn)：

[java]?view plaincopyprint?

public?final?int?getAndSet(int?newValue)?{??

????for?(;;)?{??

????????int?current?=?get();??

????????if?(compareAndSet(current,?newValue))??

????????????return?current;??

????}??

}??

getAndSet方法JDK文檔中的解釋是：以原子方式設(shè)置為給定值，并返回舊值。原子方式體現(xiàn)在何處，就體現(xiàn)在compareAndSet上，看看compareAndSet是如何實(shí)現(xiàn)的： [java]?view plaincopyprint?

public?final?boolean?compareAndSet(int?expect,?int?update)?{??

????return?unsafe.compareAndSwapInt(this,?valueOffset,?expect,?update);??

}??

不出所料，它就是采用的Unsafe類(lèi)的CAS操作完成的。

再來(lái)看看a++操作是如何實(shí)現(xiàn)的： [java]?view plaincopyprint?

public?final?int?getAndIncrement()?{??

????for?(;;)?{??

????????int?current?=?get();??

????????int?next?=?current?+?1;??

????????if?(compareAndSet(current,?next))??

????????????return?current;??

????}??

}??

幾乎和最開(kāi)始的實(shí)例一模一樣，也是采用CAS操作來(lái)實(shí)現(xiàn)自增操作的。 ++a操作和a++操作類(lèi)似，只不過(guò)返回結(jié)果不同罷了 [java]?view plaincopyprint?

public?final?int?incrementAndGet()?{??

????for?(;;)?{??

????????int?current?=?get();??

????????int?next?=?current?+?1;??

????????if?(compareAndSet(current,?next))??

????????????return?next;??

????}??

}??

此外，java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue類(lèi)全是采用的非阻塞算法，里面沒(méi)有使用任何鎖，全是基于CAS操作實(shí)現(xiàn)的。CAS操作可以說(shuō)是JAVA并發(fā)框架的基礎(chǔ)，整個(gè)框架的設(shè)計(jì)都是基于CAS操作的。

缺點(diǎn)：

1、ABA問(wèn)題

CAS操作容易導(dǎo)致ABA問(wèn)題,也就是在做a++之間，a可能被多個(gè)線(xiàn)程修改過(guò)了，只不過(guò)回到了最初的值，這時(shí)CAS會(huì)認(rèn)為a的值沒(méi)有變。a在外面逛了一圈回來(lái)，你能保證它沒(méi)有做任何壞事，不能！！也許它討閑，把b的值減了一下，把c的值加了一下等等，更有甚者如果a是一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象有可能是新創(chuàng)建出來(lái)的，a是一個(gè)引用呢情況又如何，所以這里面還是存在著很多問(wèn)題的，解決ABA問(wèn)題的方法有很多，可以考慮增加一個(gè)修改計(jì)數(shù)，只有修改計(jì)數(shù)不變的且a值不變的情況下才做a++，也可以考慮引入版本號(hào)，當(dāng)版本號(hào)相同時(shí)才做a++操作等，這和事務(wù)原子性處理有點(diǎn)類(lèi)似！

2、比較花費(fèi)CPU資源，即使沒(méi)有任何爭(zhēng)用也會(huì)做一些無(wú)用功。

3、會(huì)增加程序測(cè)試的復(fù)雜度，稍不注意就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

總結(jié)：

可以用CAS在無(wú)鎖的情況下實(shí)現(xiàn)原子操作，但要明確應(yīng)用場(chǎng)合，非常簡(jiǎn)單的操作且又不想引入鎖可以考慮使用CAS操作，當(dāng)想要非阻塞地完成某一操作也可以考慮CAS。不推薦在復(fù)雜操作中引入CAS，會(huì)使程序可讀性變差，且難以測(cè)試，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)ABA問(wèn)題。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JAVA并发编程学习笔记之CAS操作的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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