话说CAS
一、前言
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cas 一般认为是compare and swap 也可以认为是compare and set
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cas涉及三个值
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1）P 变量内存地址
2）E 期望值 ,CPU做计算之前拿出来的旧值
3) X 需要设置的新值
原子操作为： 拿出内存地址当前的值A ,比较A == E ? 是 ： 设置P内存的值为X 否：结束。。失败
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(1) 第一篇 话说synchronized 画过CAS的流程图 咱们再来一张？
(2) CAS面试经常问的一个是ABA 问题 什么是ABA ? 上图
(3) 有人说ABA 不影响啊 我反正期望的值是A 你最后是A就得了呗
这个还要看具体的业务，拿生活中例子来说，银行职员小孙，偷拿了银行100万，
然后去投资赚了20万，最后把100万还回去。 你细品。。 银行能允许吗
（4）ABA 的解决方案 版本 version 怎么解决 ？
二、DEMO
1. CAS 简单使用
假如有一个值 int count ，2个线程 每个线程给count加5000次 1
按道理说 每个人给你5000 你应该有1万块
public class CasTest {
public static int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Sub("第一个").start();
new Sub("第二个").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println("count="+CasTest.count);
}
}
class Sub extends Thread{
private String name;
public Sub(String name) {
this.name = name;
}
public void run() {
System.out.println(name+"开始+");
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
try {
CasTest.count = CasTest.count+1;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(name+"加完了..");
}
}
执行结果：
第一个开始+
第二个开始+
第一个加完了..
第二个加完了..
count=6811
解决方案1 加锁synchronized 或者 lock 都可以
public class CasTest02 {
public static Integer count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Sub02("第一个").start();
new Sub02("第二个").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println("count="+CasTest02.count);
}
}
class Sub02 extends Thread{
private String name;
public Sub02(String name) {
this.name = name;
}
public void run() {
System.out.println(name+"开始+");
for (int i = 0; i < 500; i++) {
try {
// 加锁
synchronized (CasTest02.class) {
CasTest02.count = CasTest02.count+1;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(name+"加完了..");
}
}
解决方案2： CAS java自带的原子类 AtomicInteger
读者读到这里可以了解一下LongAdder
public class CasTest03 {
public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Sub03("第一个").start();
new Sub03("第二个").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println("count="+CasTest03.count);
}
}
class Sub03 extends Thread{
private String name;
public Sub03(String name) {
this.name = name;
}
public void run() {
System.out.println(name+"开始+");
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
// 加锁
CasTest03.count.incrementAndGet();
}
System.out.println(name+"加完了..");
}
}
执行结果：
第一个开始+
第二个开始+
第二个加完了..
第一个加完了..
count=10000
2. ABA 问题
这里简单复现一个ABA问题 可能不是很精确 读者朋友体会意思即可
public class CasTest04 {
public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
count.compareAndSet(0,1);
count.compareAndSet(1,0);
System.out.println("线程1 把count从0 修改为1 再从1 修改为0 ");
},"线程1").start();
new Thread(()->{
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
// 这里是0 但是已经不是他所希望的那个0 了
count.compareAndSet(0,4);
System.out.println("线程2 把count 从0 修改为4");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
},"线程2").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println("count="+count);
}
}
执行结果：
线程1 把count从0 修改为1 再从1 修改为0
线程2 把count 从0 修改为4
count=4
ABA解决 加版本
public class CasTest05 {
public static AtomicStampedReference<Integer> count = new AtomicStampedReference<>(0,0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
try {
// 等1秒 让线程2拿到版本
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
boolean res = count.compareAndSet(
0,
1,
count.getStamp(),
count.getStamp() + 1);
boolean res2 = count.compareAndSet
(1,
0,
count.getStamp(),
count.getStamp() + 1);
System.out.println("线程1 把count从0 修改为1 再从1 修改为0 "
+ ( res2 ? "成功！":"失败！"));
}catch (Exception r){
r.printStackTrace();
}
},"线程1").start();
new Thread(()->{
try {
// 版本
int stamp = count.getStamp();
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
// 这里是0 但是已经不是他所希望的那个0 了 版本已经变了
boolean res = count.compareAndSet(0,4,stamp,stamp+1);
System.out.println("线程2 把count 从0 修改为4"
+ ( res ? " 成功！":" 失败！"));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
},"线程2").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println("count="+count.getReference());
}
}
三、 假装学术讨论
/**
* @author 木子的昼夜
*/
public class CasTest {
public static void main(String[] args) {
// JUC包里的原子类 线程安全的
AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
// 加1 并返回
Integer res = ai.incrementAndGet();
System.out.println(res);
// 上边这句话的意思相当于
int i = 0;
i = i+1;
int resi = i;
System.out.println(resi);
}
}
/**
* Atomically increments by one the current value.
* 当前值自动加1
* @return the updated value
* 返回更新了的值
*/
public final int incrementAndGet() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
}
// Unsafe.java#getAndAddInt
public final int getAndAddInt(Object obj, long offset, int step) {
int E;
do {
var5 = this.getIntVolatile(obj, offset);
// 这里不一定能一次就成功哦 会执行多次
// 跟一个姑娘表白 一次不成 你就灰溜溜走了 ？ 活该单身..
} while(!this.compareAndSwapInt(obj, offset, E, E + step));
return var5;
}
// Unsafe.java#getIntVolatile 这个方法是获 对象obj 内存开始地址 相对偏移位置offset 对应的值
// 说白了 就是获取对象对应字段的值
public native int getIntVolatile(Object obj, long offset);
//
public final native boolean compareAndSwapInt(
Object obj, // 被修改属性的对象
long offset, // 被修改字段相对于当前对象内存首地址偏移量 可以通过他直接去内存拿数据
int E, // 期望值
int X);// 需要设置的新值
// obj设置属性的对象 offset 字段相对于类内存起始位置偏移量 e期望值 x要设置的值
UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSetInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)) {
// 转换对象格式 jobject- > oop
oop p = JNIHandles::resolve(obj);
if (p == NULL) {
// 获取filed对应的内存地址 对象起始地址+偏移量
volatile jint* addr = (volatile jint*)index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
// 把addr内存对应的值 设置为x 前提是内存值要等于e
return RawAccess<>::atomic_cmpxchg(addr, e, x) == e;
} else {
//
assert_field_offset_sane(p, offset);
return HeapAccess<>::atomic_cmpxchg_at(p, (ptrdiff_t)offset, e, x) == e;
}
} UNSAFE_END
// 这里就调用了 atomic_cmpxchg： 系统方法 ： 原子比较并交换计数值。
atomic_cmpxchg(void* addr, T compare_value, T new_value) {
if (is_hardwired_primitive<decorators>()) {
const DecoratorSet expanded_decorators = decorators | AS_RAW;
return PreRuntimeDispatch::atomic_cmpxchg<expanded_decorators>
(addr, compare_value, new_value);
} else {
return RuntimeDispatch<decorators, T, BARRIER_ATOMIC_CMPXCHG>::atomic_cmpxchg
(addr, compare_value, new_value);
}
}
再底层就是系统级别的实现了，CPU 实现Atomic ，我也是看文章看得，说是有2中方式
- 使用总线锁 总线就是老大 CPU小c 给总线发一个LOCK信号 总线收到之后 小c就独占共享内存了，其他CPU
就没有使用权限了 ，数据夸缓存行时使用总线锁 这时候不能用缓存锁 - 使用缓存锁 大多数时候 我们只需要保证对某一块内存的操作时原子性即可，缓存锁就是如果内存区域被缓存再处理器的缓存行中，并且操作的时候缓存行被锁定了，那么当处理器计算完回写到内存时，处理器就把缓存行的地址修改了，如果这时有两一个处理器回写数据到缓存行，咦？ 失效了。。
下边连接是我准备写文章的目录，如果有读者觉得需要添加，请微信公众直接发消息给我。
//www.processon.com/view/link/5f57817963768959e2dc7dca
最后附上自己公众号刚开始写 愿一起进步：
注意： 以上文字 仅代表个人观点，仅供参考，如有问题还请指出，立即马上连滚带爬的从被窝里出来改正。
