• java的原子类到底是啥?ABA,CAS又是些什么?


    1)解决并发不是用锁就能解决吗,那SDK干嘛还要搞个原子类出来?

    • 锁虽然能解决,但是加锁解锁始终还是对性能是有影响的,并且使用不当可能会造成死锁之类的问题。

    2)原子类是怎样使用的,比如说我要实现一个线程安全的累加器?

     public class Test {
       AtomicLong count =
         new AtomicLong(0); // 原子类变量count
       void add10K() {
         int idx = 0;
         while(idx++ < 10000) {
           count.getAndIncrement();// 原子操作
        }
      }
     }

    3)原子类是无锁的,那他底层是靠什么来实现原子安全的?

    • 靠硬件。我们的CPU为了解决并发问题,提供了CAS指令,而CPU的指令本身就是原子性的。

    4)什么是CAS呢?

    • compare and swap ,他主要就看3个参数,A是共享变量的内存地址,B是用于和原地址值比较的,C是我们要更新的值。

    • 其实就是把原来的共享变量的值取出一份来,然后你要更新的话,得对比一下,当前的值和我取出来保存的这份值是不是相同的,如果是相同的,那就可以修改,不同的话说明被别人修改过了,那你现在就不能更新。

       
       class SimulatedCAS{
         int count;
         synchronized int cas(
           int expect, int newValue){
           // 读目前count的值
           int curValue = count;
           // 比较目前count值是否==期望值
           if(curValue == expect){
             // 如果是,则更新count的值
             count = newValue;
          }
           // 返回写入前的值
           return curValue;
        }
       }

    5)假如我当前的值和我取出来的那份值不一样了,那该怎么办?

    • CAS一般带有自旋,所谓自旋也就是循环的意思。当值不同了 ,那就从头来进行:取值来放着--->对比--->相同的话那就更新,不同就从头再来。

       
       class SimulatedCAS{
         volatile int count;
         // 实现count+=1
         addOne(){
           do {
             newValue = count+1; //①
          }while(count !=
             cas(count,newValue) //②
        }
         // 模拟实现CAS,仅用来帮助理解
         synchronized int cas(
           int expect, int newValue){
           // 读目前count的值
           int curValue = count;
           // 比较目前count值是否==期望值
           if(curValue == expect){
             // 如果是,则更新count的值
             count= newValue;
          }
           // 返回写入前的值
           return curValue;
        }
       }
    • 从上面代码我们也可以看出来,完全是没有加锁解锁的操作的,所以CAS这种无锁实现并发的操作性能很好。

    6)我们说凡事都有两面性,CAS他就没任何的缺点吗?

    • 会存在ABA问题,比如之前我取出来了一份值是A,但是在我进行对比之前,其它线程悄悄滴过来 ,把我的共享变量修改为了B,然后又修改成了A。虽然看到的都是A,其实这是被修改过的了。

    7)两个数值反正都是相同的,不影响我的更新,那我还在乎ABA干嘛?

    • 如果我们只是进行数值的原子递增之类的操作,那我们是不需要关心的。但是如果是对象呢,对象就比数值讲究多了,可能 A表面都是 一样的,但是属性是不一样的。

    8)怎样解决ABA问题呢?

    • 在使用 CAS 方案的时候,一定要先 check 一下。

    9)前面我们使用原子类 AtomicLong 的 getAndIncrement() 方法替代了count += 1,从而实现了线程安全。原子类 AtomicLong 的 getAndIncrement() 方法内部就是基于 CAS 实现的,那 Java 是如何使用 CAS 来实现原子化的count += 1的?

    • Java 1.8 版本中,getAndIncrement() 方法会转调 unsafe.getAndAddLong() 方法。这里 this 和 valueOffset 两个参数可以唯一确定共享变量的内存地址。

       final long getAndIncrement() {
         return unsafe.getAndAddLong(
           this, valueOffset, 1L);
       }

    10)unsafe.getAndAddLong() 方法的底层源码实现是怎样的?

    • 该方法首先会在内存中读取共享变量的值

    • 之后循环调用 compareAndSwapLong() 方法来尝试设置共享变量的值,直到成功为止。

    • compareAndSwapLong() 是一个 native 方法,只有当内存中共享变量的值等于 expected 时,才会将共享变量的值更新为 x,并且返回 true;否则返回 fasle。

       
       public final long getAndAddLong(
         Object o, long offset, long delta){
         long v;
         do {
           // 读取内存中的值
           v = getLongVolatile(o, offset);
        } while (!compareAndSwapLong(
             o, offset, v, v + delta));
         return v;
       }
       //原子性地将变量更新为x
       //条件是内存中的值等于expected
       //更新成功则返回true
       native boolean compareAndSwapLong(
         Object o, long offset,
         long expected,
         long x);

    11)SDK中提供了哪些原子类给我们使用?

    使用提示:Java 提供的原子类能够解决一些简单的原子性问题,但是我们所有原子类的方法都是针对一个共享变量的,如果你需要解决多个变量的原子性问题,建议还是使用互斥锁方案。原子类虽好,但使用要非常小心。

     

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