并发编程（三）原子操作CAS

1.CAS(Compare And Swap)原子操作：

假定有两个操作A和B，如果从执行A的线程来看，当另一个线程执行B时，要么将B全部执行完，要么完全不执行B，那么A和B对彼此来说是原子的。

通过锁，锁机制可以实现原子操作，但锁一般是阻塞的如synchronize关键字就是基于阻塞的锁机制，当一个线程拥有锁时，访问同一资源的其他线程就需要等待，直到该线程释放锁。

但锁操作有着诸多的问题，如被阻塞的线程有限度比较高；获取锁的线程出现不释放情况；大量线程竞争锁，CPU会花费大量的时间和资源进行处理，此外锁机制是一种比较粗粒度的机制，对于像计数器这样的需求显得过于笨重。

实现原子操作还可以通过现代处理器基本都支持的CAS()指令来完成。每一个CAS操作过程都包含三个运算符：一个内存地址V，一个期望的值A和一个新值B，操作的时候如果这个地址上存放的值等于这个期望的值A，则将地址上的值赋为新值B，否则不做任何操作。

CAS的基本思路就是，如果这个地址上的值和期望的值相等，则给其赋予新值，否则不做任何事儿，但是要返回原值是多少。循环CAS就是在一个循环里不断的做cas操作，直到成功为止。

2.CAS实现原子操作的三大问题

2.1 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，那么使用CAS进行检查时会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。在变量前面追加上版本号，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。

2.2 循环时间长开销大

自旋CAS如果长时间不成功，就会给CPU带来很大的执行开销。

2.3 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，这个时候就可以用锁。

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ij=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间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。

3.原子操作类的使用

AtomicInteger  原子更新基本类型

compareAndSet():先判断当前值(旧值)与期望值（expect）是否相等，如果相等 将新值（update）设置为当前值（覆盖了旧值），

/**
     * Atomically sets the value to the given updated value
     * if the current value {@code ==} the expected value.
     *
     * @param expect the expected value
     * @param update the new value
     * @return {@code true} if successful. False return indicates that
     * the actual value was not equal to the expected value.
     */
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

/**
 * Gets the current value.
 *
 * @return the current value
 */
public final int get() {
    return value;
}

incrementAndGet() (类比于) --> ++i

getAndIncrement() （类比于）--> i++

AtomicIntegerArray 原子更新数组里的整形

原子更新引用类型：

AtomicReference

AtomicStampedReference 利用版本戳的形式记录每次改变后的版本号，解决ABA问题， pair使用 int stamp作为计数器使用

AtomicMarkableReference 原子更新带有标记为的引用类型 pair使用boolean mark.关注是否被动过。

参考:http://enjoy.ke.qq.com